Künstliche Intelligenz und das Altern der Lunge

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  Multi-omics Analyse der Lungenalterung - ©Helmholtz Zentrum München

Die Lunge ist ein hochkomplexes Organ, in dem eine Vielzahl unterschiedlichster Zellen korrekt zusammenarbeiten müssen, um effizientes Atmen und gleichzeitig Schutz vor Infektionen zu ermöglichen. Wollte man die Lunge eines Menschen mit all ihren Verästelungen auf dem Boden ausbreiten, so bräuchte man rund 70 Quadratmeter Fläche. Wenn man sich nun vorstellt, dass die Zellen ein paar Tausendstel Millimeter klein sind und rund 40 verschiedenen hochspezialisierten Zelltypen angehören, kann man erahnen, wie komplex die Untersuchung von Prozessen ist, die die ganze Lunge betreffen. Doch die künstliche Intelligenz bietet neue Möglichkeiten.

Für die aktuelle Studie hat man am Helmholtz-Zentrum München in einem präklinischen Modell Veränderungen zwischen jungen und alternden Lungen bis runter zur einzelnen Zelle untersucht und dadurch die Aktivität von Genen in den einzelnen Lungenzellen per Gensequenzierer auslesen und den Veränderungen in den entsprechenden Genprodukten – sprich den Proteinen - zuordnen. Um all diese Daten sinnvoll zusammenzuführen und interpretieren zu können, verwendete das Team Ansätze aus der künstlichen Intelligenz.

Die Untersuchungen ergaben, dass mit zunehmendem Alter sich die Gene in den Zellen nicht mehr synchron verhielten, d.h. die Genaktivität von älteren Lungenzellen, und damit deren Identität ist weniger konstant. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich mit zunehmendem Alter in jeder Zelle die Epigenetik, also Faktoren auf und um die DNA, individuell verändert und es so zu den unterschiedlichen Genaktivitäten kommt. Zudem konnten sie zeigen, dass in den Lungenzellen mit zunehmendem Alter bestimmte Stoffwechselwege stärker oder schwächer aktiv sind.

Doch nicht nur innerhalb, auch außerhalb der Zellen ändert sich einiges. So ist beispielsweise die sogenannte Extrazelluläre Matrix, also das Proteingeflecht um die Zellen herum, ist im Alter anders aufgebaut, das heißt, es kommt zu einer geänderten Zusammensetzung der als Kollagene bekannten Strukturproteine.

All diese Erkenntnisse möchten die Wissenschaftler nun … im Menschen überprüfen. „Lungenerkrankungen sind weltweit für jeden sechsten Todesfall verantwortlich“, schildert Herbert Schiller, DZL-Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Lungenbiologie des Helmholtz Zentrums München. „Um ihnen begegnen zu können, müssen wir verstehen, wie sich die Lunge im Laufe des Lebens verändert und an welchen Stellen man möglicherweise therapeutisch eingreifen könnte.“

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