mRNA-Zeitalter und neue Medizin

In der Entwicklung mRNA-basierte Impfstoffe sieht Daims einen medizinischen Durchbruch.
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Für Holger Daims, Mikrobiologe an der Universität Wien, ist klar: "Ein vertieftes Verständnis des menschlichen Mikrobioms kann neue, für individuelle Patientinnen optimierte Therapieansätze ermöglichen." Umwelt-Mikrobiome könnten unseren Einfluss auf Ökosysteme verdeutlichen. Basierend auf diesem Wissen könnten optimierte Verfahren zur Abwasserreinigung nachhaltigere Ansätze in der Landwirtschaft liefern und so Emissionen gering halten.

Forschung und Entwicklung in den Lebenswissenschaften, der Medizin und Biotechnologie können laut Daims ebenfalls stark von Fortschritten auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz profitieren. Er spricht etwa von der "Entwicklung neuer Medikamente oder der Vorhersage der Funktion bislang unbekannter Proteine".

Die äußerst beeindruckenden Fortschritte in der Entwicklung und im Einsatz mRNA-basierter Impfstoffe sei ein medizinischer Durchbruch, der uns auch in Zukunft begleiten wird und nicht nur zu neuen Impfstoffen, sondern möglicherweise auch zu neuen Therapien anderer Erkrankungen führt.

Der Baum: Er kann schon alles

So einfach, und doch so wichtig: Der Baum in der Stadt.
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Der Gesundheits- und Umweltpsychologe Matthew White, der an der Universität Wien forscht, braucht keine großartigen Neuerfindungen. Er sieht im klassischen Straßenbaum schon ein "Wunderwerk des Designs, dessen Entwicklung Millionen von Jahren gedauert hat". Er liefere viele Vorteile, die zur Bewältigung ökologischer und gesundheitlicher Krisen des 21. Jahrhunderts beitragen könnten, etwa indem er Kohlenstoff bindet, Luftschadstoffe auffängt und zur Verringerung von Überschwemmungen und Verkehrslärm beiträgt oder die Artenvielfalt sowie die psychische Gesundheit fördert. Wenig Technik könne so viel zugleich.

Quantencomputer rechnen für uns

Quantencomputer sollen herkömmlichen Rechnern bald um ein Vielfaches voraus sein.
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Quantencomputer und Quantensimulatoren sind nicht nur ein Geschenk für die Physik, ist Quantenphysiker Peter Zoller von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften überzeugt. Dort helfen sie etwa, neue Materialien zu berechnen und zu modellieren.

Auch in anderen Bereichen dürfen wir von den immer schnelleren Computern profitieren, die schon heute klassischen Rechnern vielfach überlegen sind. Besonders gut lösen sie komplexe Probleme. Vielversprechend seien etwa "hybride Algorithmen" für klassische Rechner. Dabei werden Spezialaufgaben an Quantensimulatoren ausgelagert.

Vorbild Umwelt: Organe züchten

Schon jetzt werden Organe zum Teil von 3D-Druckern hergestellt. Auch mithilfe von Stammzellen ließen sich künftig womöglich ganze Organe regenerieren.
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Neben der Entwicklung in technologischer Präzisionsmedizin, wo Fortschritte vor allem dank besserer DNA-Sequenzierung zu erwarten sind, glaubt der Bioinformatiker Christoph Bock von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften vor allem an Durchbrüche im Bereich Bioengineering: "Der Begriff mag nach Cyborgs klingen, aber wir lernen von der Natur und nutzen die Werkzeuge, die die Evolution hervorgebracht hat in neuen Zusammenhängen", sagt Bock. Zum Beispiel würden Zellen unseres Immunsystems trainiert, um Tumore zu erkennen und Krebs zu bekämpfen oder zu verhindern. Man lerne außerdem, wie sich Organe entwickeln und könne dank Stammzellen und Organoiden in Zukunft vielleicht ganze Organe regenerieren.

Weitere Durchbrüche seien beim maschinellen Lernen zu erwarten, etwa in der Mustererkennung. Neben autonomem Fahren gebe es spannende Ansätze in der Medizin: "Die Smartwatch kann bei Stürzen oder Herzproblemen warnen, und Computer und Menschen werden in Zukunft immer stärker als Team arbeiten, wo jeder seine Stärken einbringt", sagt Bock.

Zirkulär denken: auch mit Big Data

Big Data soll künftig dabei helfen, bessere Vorhersagen zu treffen.
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Angela Sessitsch, ihres Zeichens Biochemikerin, sieht positive Chancen in der Digitalisierung. Big Data könnte in der Diagnostik zu wesentlichen Verbesserungen führen. Vorhersagemodelle und personalisierte Medizin sowie Ernährung oder maßgeschneiderte Landwirtschaft seien ebenfalls gangbare Wege.

Sessitsch sieht zudem große Chancen in der weiteren Erforschung von Mikrobiomen. Sie könnten zur Diagnose wie auch zur Behandlung eingesetzt werden, etwa durch Mikrobiom-basierte Ernährung für ältere Menschen. "Boden- und Pflanzenmikrobiome hingegen können Landwirtschaftssysteme so gestalten, dass Bodenressourcen und Bodenfunktionen erhalten bleiben." Sie könnten auch Pflanzen resilienter machen und so den Einsatz mineralischer Dünger und chemischer Pestizide reduzieren.

Darüber hinaus sollte systemischer und zirkulär gedacht werden, findet Sessitsch. Etwa das Ernährungssystem als Ganzes zu verstehen, anstatt einzelne Schritte in der Lebensmittelproduktion zu denken. Das sei nachhaltiger und gesünder.

Bessere Behandlungen von Krankheiten

Die Mikrobiomforschung könnte dazu beitragen, Krankheiten besser zu behandeln.
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Herbert Tilg leitet die Innere Medizin an der Uniklinik Innsbruck. Der Mediziner sieht in der Mikrobiomforschung große positive Ansätze für die therapeutische Behandlung zahlreicher Krankheiten. In der mikrobiellen Welt würden sich mit rund 300.000 Genen schließlich zehn mal mehr Gene als im menschlichen Genom finden.

Ähnliches gelte für die Metabolomforschung, die den menschlichen Stoffwechsel untersucht. Hier und dank Durchbrüchen in der Immunologie, der "Mutter vieler Wissenschaften", werde man bald "viele maligne und immunmediierte Erkrankungen behandeln können, so Tilg.

Prognosen über Umweltbedingungen

Die DNA-Sequenzierung bringt viele zusätzliche Informationen über Organismen, wie hier Korallen.
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Die Pflanzenbiologin Ortrun Mittelsten Scheid gibt sich vorsichtig optimistisch, dass es in Sachen Umweltschutz und Landwirtschaft zu positiven Fortschritten kommen wird. "Optimistisch, weil durch die Genomsequenzierung so viel Information wie nie zuvor über genetische und molekulare Zusammenhänge beim Pflanzenwachstum zu Verfügung steht." Dieses Wissen könne sowohl in der Züchtung, bei biotechnologischen Verfahren also auch beim Anbau präzise und ressourcenschonend angewendet werden.

Laut Mittelsten Scheid werden parallel dazu komplexe Modellrechnungen kurz- und langfristige Prognosen über Umweltbedingungen immer präziser und zuverlässiger machen. Das werde "standortspezifische und computergestützte Entscheidungen über unseren Umgang mit Kultur- und Naturlandschaften ermöglichen". Ihren Optimismus trübt, dass das Potenzial der Zusammenwirkung zukunftsträchtiger Technologien oft zu spät oder gar nicht ausgeschöpft wird. Dafür müssten alle relevanten Player nicht realitätsfern agieren.

Klima als Überlebensfrage und Demut bei Prognosen

Gegen den wachsenden Ressourcenabbau, wie hier von Kohle, brauche es politisches und zivilgesellschaftliches Handeln.
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Für Biodiversitätsforscher Franz Essl von der Uni Wien sind große technische Durchbrüche "nur sehr bedingt vorhersagbar". Er mahnt daher zur Demut bei Prognosen. Essl hofft aber, dass sich "Technologien, die für einen raschen Übergang zu einer kohlenstoffarmen Gesellschaft essenziell sind, rasch durchsetzen". Letztlich sei dies "eine Überlebensfrage unserer Gesellschaft". Politik, Wirtschaft und Wissenschaft müssten "ihre intellektuellen, finanziellen und organisatorischen Ressourcen dafür möglichst schnell bündeln".

Weniger neue Schlüsseltechnologien als vielmehr das "Vermögen, unbequeme Einsichten in politisches und zivilgesellschaftliches Handeln zu übersetzen", werde darüber entscheiden, wohin die Reise geht, so Essl.

Drängende Probleme sieht er in der Ungleichheit, dem Ressourcenverbrauch und im Demokratieabbau. Diese existenziellen Fragen mit demokratischen Mitteln zu beantworten sei eine Herausforderung. Es bestehe jedenfalls die Gefahr, dass der Zusammenhalt und demokratische Standards unter dem Druck nicht bewältigter, bei Seite geschobener und daher sich verschärfender Umweltkrisen erodieren.

Sauberere Luft – allerdings nur für Reiche

Nicht alle können sich gleichermaßen vor Luftverschmutzung schützen.
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Politikwissenschafterin Barbara Prainsack legt große Hoffnungen in mRNA-Vakzine. Die Corona-Pandemie hat ihre Entwicklung stark beschleunigt und auch großflächige Verträglichkeit und Akzeptanz gezeigt.

Künstliche Intelligenz könnte im besten Fall helfen, dass betagte Menschen und jene, die mit gesundheitlichen Einschränkungen leben, länger beziehungsweise besser selbstständig und zu Hause leben können, etwa dank bewegungs- und sprachkontrollierter Computer.

Auch in Technologien zur Geräuschunterdrückung und Luftreinigung sieht Prainsack Potenzial. Diese könnten etwa in leichte Kleidung integriert werden. Sie befürchtet jedoch, dass diese technologischen Fortschritte globale Ungleichheiten vergrößern werden. Der Zugang zu Luftfiltern könnte in ärmeren Regionen den reichen Menschen vorbehalten bleiben. (Fabian Sommavilla, 5.1.2022)