LABORWELT 2019 | Leseprobe

20. Jahrgang 2019 | ISSN 1611-0854 | 10 €

LESEPROBE

Präzisionsmedizin

Datenquelle Einzelzelle Jubiläumsheft

Künstliche Intelligenz

Sequenzierung

20 Jahre: Laborwelt geht mit der zeit

Digitalisierung in der Labortechnik

Labormarkt im Umbruch Nr. 33

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LABORWELT 20 Jahre

LESEPROBE

20. Jahrgang LABORWELT LABORWELT I/2000

Das Themenheft von |transkript

� Wirkstoffsuche: Ultra-HighThroughputScreening � Aktuelle DNASequenzierungstechnologien

Laborautomation � Vom Gen zur Proteinstruktur – Hochparallele Ansätze � Lab-on-a-chip: Revolution im bioanalytischen Labor � Marktübersicht Synthese- und Pipettierroboter � SNPs, GenomDiagnose und Pharmakogenetik bald im diagnostischen Routinelabor? |transkript�LABORWELT BIOCOM AG

Nr. 1/2000 | 1

INHALT

> Damals war die Welt noch in Ordnung, seufzen

ältere Menschen zuweilen. Schauen wir heute gut 20 Jahre zurück, könnte man aus mitteleuropäischer Sicht tatsächlich zu so einem Gedanken kommen. Im Jahr 2000 boomte die Wirtschaft, am Neuen Markt wurden Internet- und Biotech-Kurse in schwindelerregende Kurshöhen getrieben. Der BIOCOMAktienindex stieg in den ersten 12 Wochen um 77%.

Goldene Zeiten. Die große Völkerwanderung nach Norden war höchstens eine dunkle Vorahnung. Die Terroranschläge vom 11. September 2001 waren noch nicht geschehen, Klimaerwärmung ein Thema für Spezialisten. Die Welt guckte zuversichtlich in

die Zukunft, nachdem sich die Angst vor einem globalen Computerabsturz zur Jahrtausendwende als unbegründet erwiesen hatte.

Dass gedruckte Zeitschriften einmal von elektronischen Medien in die Zange genommen werden würden und viele Tageszeitungen ganz verschwinden, damit rechnete damals noch niemand. Klar war jedoch, dass der rasante Fortschritt in den Biowissenschaften einen ebensolchen in den Laboren erfordert. Diese Erkenntnis führte dazu, dass dem damaligen Nachrichtenmagazin |transkript ein Themenheft zur Seite gestellt wurde: die Laborwelt ward geboren.

Die Revolution fand dann tatsächlich statt: Im Jahr 2018 waren 58% der in der EU neu zugelassenen Medikamente Biopharmazeutika! Die Laborwelt begleitete diesen Siegeszug viele Jahre lang sehr erfolgreich als eigenständige, zweimonatlich erscheinende Fachzeitschrift. Doch das Internet, die veränderten Lesegewohnheiten und die zunehmende Reife der biowissenschaftlichen Märkte erforderten tiefgreifende Anpassungen. Die Online-Schwester laborwelt.de überholte die Nutzerzahlen der gedruckten Hefte, später wurde der Titel mit |transkript zusammengelegt. Heute ist die Laborwelt eine eigenständige Rubrik im großen und gemeinsam erfolgreichen LifeSciences-Magazin |transkript und spielt dort eine wichtige Rolle als Informationsquelle für alle, die im Labor forschen und arbeiten.

Wirtschaft. Technologie. Leben. 25. Jahrgang. № 2. 2019.

ISSN 1435-5272 | A 49017

Fotos: BIOCOM (oben, unten); Larsson, Lundeberg/Scilifelab (rechts)

„Willkommen, liebe Leser, zu unseren neuen Themenheften, die Sie vierteljährlich über aktuelle Entwicklungen, Trends und den Stand der Technik ausgewählter Technologiefelder informieren werden“, schrieb Chefredakteur Thomas Gabrielczyk im Editorial auf Seite 3. Das große Thema in der Erstausgabe: Laborautomation, mit einer Marktübersicht zu Synthese- und Pipettierrobotern.

Damals der letzte Schrei. Ein anderer Titel: Lab-on-a-chip, die Revolution im bioanalytischen Labor.

Der 20. Jahrgang war Grund genug, der Laborwelt einmal wieder ein eigenes Heft zu widmen. Retro? Ein bisschen vielleicht. Doch alles in der Welt muss sich an veränderte Gegebenheiten anpassen. Dieser Grundsatz gilt eben nicht nur in der Ökologie, sondern auch in der Wirtschaft.

NEUES STRAHLEN

Biotechnologie trifft Radiomedizin

POLITIK

TRANSLATIONSSCHUB FÜR DIE BIOMEDIZIN? WISSENSCHAFT

HÄMOPHILIE A: FIEBERHAFTE SUCHE BIOMANUFACTURING

Mikrobiom-Therapien

Andreas Mietzsch, Herausgeber

LABORWELT

LABVOLUTION 2019

001_tk_02_2019_Titel.indd 1

Editorial. & Inhalt. I 3

02.05.2019 13:01:54 Uhr

Intro Agilent übernimmt Biotek Instruments; Elektrische Felder einzelner Atome werden sichtbar; Erster Spatenstich bei Carl Roth; Eurofins kauft Gensynthese-Firma zu; Merck entwickelt Instant-Kristall 4

Einzelzellanalyse Forscher starten Initiativen wie Lifetime und Human Cell Atlas, um hinter die Aufgaben einer jeden Zelle bei Gesundheit und Krankheit zu kommen.

6

Labormarkt im Umbruch (33): Illumina Inc. 12 Börse

13

Interview Christof von Kalle, Berlin Institute of Health: Big Data, Künstliche Intelligenz und die Digitalisierung in den Life Sciences auf neuer Stufe 14

Maschinelles Lernen Ohne fortgeschrittene Algorithmen geht nichts mehr in der Life-SciencesForschung. Aber auch Labortechnik und Medizin rüsten sich für den digitalen Umbruch.

20 Start-ups Verbände Produkte Termine Extro

26 28 39 41 42

LABORWELT 20 Jahre

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Einzelzellanalyse. I 7

jede einzelne Zelle zählt

Neue molekularbiologische Methoden und eine bessere Datenverarbeitung haben unter Wissenschaftlern den Ehrgeiz geweckt, Krankheiten nicht mehr nur auf der Gewebeebene zu untersuchen. Jetzt soll der Beitrag jeder einzelnen Zelle erfasst werden. von Dr. Martin Laqua

Bildnachweis: Malte Kühnemund/Cartana AB

A

Bestimmung der Genaktivität in einer Gewebescheibe eines Mausgehirns (links): Mit der Raumtranskriptomik-Methode der Firma Cartana können einzelne Transkripte (mRNA) in Gewebeproben auf Einzelzellebene und sogar auf Ebene der Zellkompartimente nachgewiesen werden.

Aktuell kann so die Aktivität von bis zu 1.000 verschiedenen Genen in einem Gewebeschnitt erfasst werden. (Jeder Farbpunkt entspricht einem Transkript.)

us einer befruchteten Eizelle entsteht ein aus rund 40 Billionen (40 x 1012) Zellen komponierter Mensch. Welche Aufgabe übernimmt jede einzelne Zelle? Wie werden Wachstum und Erneuerung koordiniert? Und was genau läuft bei einer Erkrankung aus dem Ruder? Die Bestimmung des Humangenoms war ein erster wichtiger Schritt, den Mechanismen auf die Spur zu kommen. Mittlerweile ist die molekulare Analyse von Organen und Geweben in der Grundlagenforschung – aber zum Beispiel auch bei der Krebsdiagnostik – Routine. Dass das Ergebnis – egal ob Genom, Transkriptom, Proteom oder Metabolom – ein Querschnitt aller Zellen der analysierten Probe ist, schränkt jedoch die Aussagekraft der Ergebnisse oft ein.

Vom Plattwurm zum Menschen Kein Wunder also, dass die Wissenschaft seit einigen Jahren mit Hochdruck an Verfahren arbeitet, einzelne Zellen zu charakterisieren und in den anfallenden Datenbergen nach neuen Erkentnissen zu schürfen. In Deutschland treibt zum Beispiel das 2008 ge-

gründete Berliner Institut für medizinische Systembiologie (BIMSB) die Hochdurchsatzanalyse biologischer Proben samt deren informationstechnischer Auswertung voran. Bei der Eröffnung des neuen Institutsgebäudes im Februar 2019 lobte auch die deutsche Bundeskanzlerin den interdisziplinären Ansatz. „Es zeigt sich am BIMSB exemplarisch, dass Spitzenforschung nur über die Grenzen einzelner Disziplinen hinaus möglich ist“, so Angela Merkel. BIMSB-Chef Nikolaus Rajewsky machte der Kanzlerin anhand eines Forschungserfolges seiner Gruppe deutlich, dass die Analyse aller Zellen eines Menschen alles andere als ein aussichtsloses Unterfangen ist. So konnte Rajewskys Team den Werdegang aller Zellen bei der Entwicklung des Süßwasserplattwurms Schmidtea mediterranea nachverfolgen. Für den „Stammbaum“ aller Zellen des Wurms wurde das Transkriptom jeder einzelnen Zelle bestimmt. Anhand der Unterschiede zwischen den Stammzellen und weiter […] » Lesen Sie den ganzen Artikel in der gedruckten Ausgabe.

LABORWELT 20 Jahre

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Digitalisierung. I 21

Big data und KI für F&E Ohne fortgeschrittene Algorithmen bei der Verarbeitung der ­gigantischen Datenmengen aus automatisierten Analysen des (Epi)genoms, Transkriptoms, Proteoms, Metaboloms und Mikro­ bioms geht nichts mehr in der Life-Sciences-Forschung. Auch Labortechnik und Medizin rüsten sich für den digitalen Umbruch. von Thomas Gabrielczyk

Bildnachweis: kentoh/stock.adobe.com (links)

A

ls „Megatrend“ bezeichnet Ma­ this Kuchejda, Vorsitzender des Fachverbandes SPECTARIS, die fortschreitende Digitalisierung der Life Sciences. Tatsächlich befänden sich die Geschäftsmodelle der „Hacke- und Schaufelfirmen“ für die Life Sciences im Umbruch: „Vom klassischen Anbieter von Gerätetechnik in der letzten Dekade über den Lösungsanbieter im aktuellen Jahrzehnt hin zum Anbieter übergrei­ fender, digitaler und ganzheitlicher Kun­ denlösungen in der Zukunft“, heißt es im Trendreport 2019 des Verbandes der Life Science Research-Unternehmen, die hauptsächlich akademische Forschungs­ institute, aber auch Biotech- und Phar­ mafirmen mit Forschungswerkzeugen beliefern. Tatsächlich hat die IT-gestützte Auswertung, Vernetzung und Korrelati­ on von Bild-, Omics- und Patientendaten den Forschern einiges zu bieten: • eine Möglichkeit, die Zahl der Publi­ kationen signifikant zu erhöhen, ohne dabei die Arbeitsgruppe vergrößern zu müssen • durch die Vernetzung phänotypischer und genotypischer Daten, maschinen­ gestützt neue biologische Funktions­

netze, Modelle und Krankheitsmecha­ nismen aufzudecken • mittels selbstlernender Algorithmen bessere Diagnosen und Therapieemp­ fehlungen zu geben und • die translationale Forschung signifi­ kant zu beschleunigen, indem pati­ entenrelevante „Real World“-Daten in der Arzneimittelforschung die für die Versorgungsrealität wenig reprä­ sentativen klinischen Daten ergänzen.

Dem US-Digitalspezialisten Flatiron Health zufolge repräsentieren die in klinischen Daten gesammelten Da­ ten über Krebs unter 10% der Versor­ gungsrealität.

Schnittstelle zum Patienten Glaubt man dem frisch vom DKFZ ans BIH gewechselten Krebsspezialisten Christof von Kalle, werden künftig selbstlernende Algorithmen die wissen­ schaftliche Literatur und digitalisierte Arztberichte systematisch durchforsten und mit genomischen Daten, Laborbe­ funden etc verbinden (vgl. Interview […] » Lesen Sie den ganzen Artikel in der gedruckten Ausgabe.

14 I Künstliche Intelligenz.

LABORWELT 20 Jahre

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Neue Stufe für die Life Sciences Was können Big Data und die Digitalisierung jenseits der Versprechungen von Interessengruppen an der Schnittstelle von Forschung und Anwendung bei Patienten leisten? LABORWELT sprach darüber mit Christof von Kalle, Gründungsdirektor und Professor für Klinisch-Translationale Wissenschaften am Berlin Institute of Health.

und wie genau kann die vielbeschworene Mustererkennung in Patientendaten oder Big-Data-Analyse heute Nutzen erbringen?

von Kalle. Wir haben verschiedene Ar-

beitsbereiche, in denen Machine Learning oder Künstliche-Intelligenz-Ansätze heute schon nützlich sind: zum einen bei der Bildverarbeitung, zum anderen im Bereich von hochvolumigen Datensätzen, zum Beispiel im Zuge der genetischen Forschung, wo sie Analysetechniken, die wir heute schon besitzen, stark beschleunigen können.

LABORWELT. Das klingt, als könnte es doch noch etwas damit werden, eine Therapieentscheidung aufgrund von Sequenzdaten zu fällen. Obwohl der Versuch, den IBM-Supercomputer Watson zur Unterstützung der Therapieentscheidung bei Krebspatienten am MD Anderson Cancer Center einzusetzen, gescheitert ist und die Krebsforscher die Kooperation aufgekündigt haben.

von Kalle. Genau, das könnte noch was

werden. Bei dem gennannten Vorhaben in Houston haben vor allem die Organisation und Inbetriebnahme durch sehr aufwendige Consulting-Arrangements die Kosten in die Höhe getrieben. Zu einer tatsächlichen Erprobung von Künstlichen-IntelligenzVerfahren in diesem Zusammenhang ist es ja nur in sehr unvollständiger Weise gekommen. Das heißt, dieses Projekt ist

Prof. Dr. Christof von Kalle ist als Professor für Klinisch-Translationale Wissenschaften am Berlin Institute of Health (BIH) und der Charité – Universitätsmedizin Berlin Gründungsdirektor und BIH Chair des gemeinsamen Zentrums für klinische Studien von BIH und Charité.

in erster Linie organisatorisch und nicht inhaltlich gescheitert.

Freitextdokumenten aus der medizinischen Versorgung in formatierte oder auswertbare Datenbestände, einen Einzug von MachineLearning-Verfahren sehen werden. Und wir sehen ihn ja heute schon in diversen Publikationen für die beschleunigte Analyse von genetischen Veränderungen und anderen hochvolumigen Datensätzen. Ob wir zu einem Modell der Mustererkennung kommen, das die systematische Durchforstung von Krankenakten nach nicht erkennbaren oder für uns bis heute nicht erkennbaren Mustern aufzeigen wird, ist schwierig abzusehen. Es wird sicherlich Bereiche geben, in denen das möglich ist, in denen man zum Beispiel feine Veränderungen von Herzfrequenz und Körpertemperatur für eintretende medizinische Komplikationen auswertet. Das ist durchaus vorstellbar.

LABORWELT. Viele entsprechende Ar-

vielversprechende Anwendungsfelder?

beiten kommen von US-amerikanischen Gruppen. Wo liegen die Schwierigkeiten speziell am Standort Deutschland?

von Kalle. Primär haben wir im Bereich

von Kalle. Wir haben im Moment in der

LABORWELT. Wo sehen Sie denn künftig

der Bildverarbeitung sehr gute Möglichkeiten. Es gibt zum Beispiel heute schon Projekte, die die Aufarbeitung von Hautläsionen in fotografischer Hinsicht oder histologische Untersuchungen von Mikroskopien von Tumorgewebe und anderweitig verändertem Gewebe mit entsprechenden Methoden analysieren. Ich glaube, dass wir auch im Bereich der Textverarbeitung und des Sprachverständnisses, zum Beispiel in der Überführung von Freitextbefunden und

Medizin noch ein System, das häufig entweder auf nicht zusammenhängender elektronischer Datenverarbeitung oder sogar analoger oder manueller Datenverarbeitung beruht. Insofern sind alle Verfahren, die als Input qualitativ hochwertige digitale Daten benötigen, in vielen Bereichen der Medizin im Hintertreffen, […] » Lesen Sie den ganzen Artikel in der gedruckten Ausgabe.

Bildnachweis: Berlin Institute of Health

LABORWELT. Bei welchen Anwendungen

Š Rawpixel/Fotolia.com

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