Was ist Life Science?
Life Sciences, zu Deutsch Lebenswissenschaften, umfassen eine breite Palette wissenschaftlicher Disziplinen, die sich mit der Erforschung von Lebewesen und deren Prozessen befassen. Diese Forschungsrichtungen vereinen verschiedene Bereiche der Naturwissenschaften und haben weitreichende Anwendungen in Medizin, Landwirtschaft und Industrie.
Kernbereiche der Life Sciences
Die Life Sciences setzen sich aus mehreren Kernbereichen zusammen:
Biologie: Als Grundlagenwissenschaft des Lebens bildet die Biologie das Fundament der Life Sciences. Sie untersucht die Strukturen und Funktionen von Organismen auf verschiedenen Ebenen.
Medizin und Biomedizin: Diese Bereiche konzentrieren sich auf die Erforschung menschlicher Gesundheit und Krankheiten sowie die Entwicklung neuer Therapien.
Biochemie und Molekularbiologie: Sie untersuchen die chemischen Prozesse und molekularen Grundlagen des Lebens.
Biotechnologie: Hier werden biologische Systeme und Organismen für technologische Anwendungen genutzt.
Pharmazie: Die Entwicklung und Erforschung von Medikamenten ist ein zentraler Bereich der Life Sciences.
Weitere Bereiche sind: Chemie, Biophysik, Bioinformatik, Agrartechnologie, Lebensmittelforschung, Ernährungswissenschaften und Kosmetik.
Interdisziplinäre Ausrichtung
Ein charakteristisches Merkmal der Life Sciences ist ihre stark interdisziplinäre Ausrichtung. Sie verbinden Erkenntnisse und Methoden aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen. Diese interdisziplinäre Vernetzung ermöglicht es den Life Sciences, komplexe biologische Systeme umfassend zu untersuchen und innovative Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen wie Krebs, Alzheimer oder antibiotikaresistente Bakterien zu entwickeln. Sie fördert zudem den Technologietransfer zwischen verschiedenen Forschungsfeldern und beschleunigt so den wissenschaftlichen Fortschritt.
Anwendungsbereiche und Bedeutung
Die Life Sciences haben weitreichende Anwendungen in verschiedenen Bereichen:
Gesundheitswesen: Entwicklung neuer Medikamente, Therapien und Diagnosemethoden.
Landwirtschaft: Verbesserung von Nutzpflanzen und Tierhaltung durch biotechnologische Methoden.
Umweltschutz: Erforschung von Ökosystemen und Entwicklung nachhaltiger Technologien.
Lebensmittelindustrie: Optimierung von Nahrungsmitteln und Entwicklung funktioneller Lebensmittel.
Die Bedeutung der Life Sciences für die Gesellschaft ist enorm. Sie tragen maßgeblich zur Verbesserung der Lebensqualität bei, indem sie neue Möglichkeiten zur Behandlung von Krankheiten, zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion und zum Schutz der Umwelt eröffnen.
Aktuelle Entwicklungen und Zukunftsperspektiven
Die Life Sciences sind ein hochdynamisches Forschungsfeld, das ständig neue Erkenntnisse und Technologien hervorbringt. Hier eine Auswahl:
Personalisierte Medizin: Durch die Fortschritte in der Genomforschung werden zunehmend individualisierte Therapieansätze möglich wie zum Beispiel:
Krebsbehandlung: Genetische Profile von Tumoren werden analysiert, um maßgeschneiderte Therapien zu entwickeln. Bei Lungenkrebs wird beispielsweise das genetische Profil einer Tumorprobe bestimmt und die Behandlung entsprechend angepasst.
Brustkrebs: Patientinnen werden nur dann mit dem Wirkstoff Herceptin behandelt, wenn ihre Tumore ein bestimmtes genetisches Merkmal aufweisen, um unnötige Nebenwirkungen zu vermeiden.
Mukoviszidose: Die veränderte Gensequenz, die diese Lungenkrankheit verursacht, kann schon bei Neugeborenen diagnostiziert werden, was einen frühen Therapiebeginn und bessere Lebenschancen ermöglicht.
Synthetische Biologie: Diese aufstrebende Disziplin ermöglicht die Konstruktion neuartiger biologischer Systeme mit spezifischen Funktionen wie zum Beispiel:
Miniaturisierte Organmodelle: Auf einem Mikrochip werden menschliche Organe nachgebildet, um biologische Prozesse zu simulieren.
Multi-Organ-on-a-Chip: Komplexe Plattformen verbinden mehrere künstliche Organe, um organübergreifende Interaktionen und ganzheitliche physiologische Prozesse zu untersuchen.
Personalisierte Chips: Aus Stammzellen eines Patienten werden individuelle Chips entwickelt, um spezifische Reaktionen auf Behandlungen vorherzusagen, z.B. ein Lungen-on-a-Chip zur Analyse von Chemotherapie-Reaktionen.
3D-Drucktechnologie: Die Chips werden mittels 3D-Druck hergestellt und mit Zellen aus Operationsgewebe oder Spenden besiedelt
Künstliche Intelligenz: KI-Anwendungen revolutionieren die Forschung in den Life Sciences, indem sie die Analyse großer Datenmengen ermöglichen und die Entwicklung neuer Medikamente beschleunigen.
Wirkstoffforschung: KI unterstützt bei der Suche nach potenziellen Wirkstoff-Kandidaten und der Entwicklung wirksamerer Medikamenten-Moleküle.
Sicherheitsbewertung: KI-Systeme helfen bei der Bewertung der Sicherheit neuer Wirkstoffe.
Klinische Tests: Die Durchführung und Auswertung klinischer Studien wird durch KI effizienter gestaltet.
Wissens-KI: Forscher setzen auf transparente KI-Systeme, die nicht nur mit biowissenschaftlichen Daten trainiert werden, sondern auch zusätzliches Wissen aus verschiedenen lebenswissenschaftlichen Bereichen für zum Beispiel Diagnostikzwecken zu nutzen.
Landwirtschaft: Die Landwirtschaft erlebt ebenfalls einen tiefgreifenden Wandel durch innovative Technologien und neue wissenschaftliche Erkenntnisse.
Biotechnologie der Nutzpflanzen: Einführung spezifischer Gene zur Förderung von Eigenschaften wie Krankheitsresistenz und Trockenheitstoleranz. Einsatz von CRISPR/Cas9 für gezielte Veränderungen im Erbgut, um Pflanzen effizienter zu züchten. Entwicklung von Pflanzen mit verbessertem Mikro- oder Makronährstoffprofil wie "Goldener Reis", der Beta-Carotin produziert, um Vitamin-A-Mangel zu bekämpfen.
Biotechnologie in der Tierernährung: Entwicklung fortschrittlicher Futtermittel zur Optimierung der Futterverwertung und Steigerung des Tierwohls. Einsatz von Mikrobiom-Optimierung zur Förderung der Darmgesundheit und Immunabwehr.
Kultiviertes Fleisch: Entwicklung von "echtem" Fleisch aus Zellkulturen ohne Tierhaltung. In Singapur und den USA bereits zugelassen, in der EU in Prüfung.
Ausbildung und Karrieremöglichkeiten
Die Life Sciences bieten vielfältige Ausbildungs- und Karrieremöglichkeiten. Zahlreiche Universitäten weltweit bieten spezialisierte Studiengänge in diesem Bereich an. Absolventen der Life Sciences finden Beschäftigungsmöglichkeiten in verschiedenen Sektoren:
Take Home Message
Die Life Sciences repräsentieren ein faszinierendes und zukunftsweisendes Forschungsfeld, das die Grenzen unseres Verständnisses von der Funktionsweise des Lebens kontinuierlich erweitert. Durch ihre interdisziplinäre Natur und ihre weitreichenden Anwendungsmöglichkeiten tragen die Life Sciences maßgeblich zur Lösung globaler Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Ernährung und Umwelt bei. Mit fortschreitender technologischer Entwicklung und neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen werden die Life Sciences auch in Zukunft eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung unserer Welt spielen.
Quellen:
Personalisierte Medizin Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung
https://www.gesundheitsforschung-bmbf.de/de/personalisierte-medizin-9459.php
Beispiel: Personalisierte Medizin Lungenkrebs
Kästner, A., Wolf, J., Büttner, R., von Kalle, C., & Hoffmann, W. (2024). Evaluation of the effectiveness of a nationwide precision medicine program for patients with advanced non-small cell lung cancer in Germany: a historical cohort analysis. The Lancet Regional Health - Europe, 1, 100788.
Beispiel: Personalisierte Medizin Brustkrebs
Y. J. Bang, E. Van Cutsem, A. Feyereislova, H. C. Chung, L. Shen: Trastuzumab in combination with chemotherapy versus chemotherapy alone for treatment of HER2-positive advanced gastric or gastro-oesophageal junction cancer (ToGA): a phase 3, open-label, randomised controlled trial. In: The Lancet. 19. Aug 2010. PMID 20728210.
Beispiel: Personalisierte Medizin Mukoviszidose
Riordan, J. R., Rommens, J. M., Kerem, B., Alon, N., Rozmahel, R., Grzelczak, Z., & Tsui, L. C. (1989). Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science, 245(4922), 1066-1073.
Synthetische Biologie
Modelle für Wirkstoffscreening:
https://www.medica.de/de/lab-diagnostics/Multi-Organ-Chips_%E2%80%93_die_Patienten_von_morgen
Künstliche Intelligenz:
Biotechnologie der Nutzpflanzen:
CRIPS/Cas
https://www.mpg.de/19675583/1219-mopf-202212mobilegenschere-149640-x
Goldener Reis
https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2022/11/die-saat-ist-aufgegangen.html
Biotechnologie in der Tierernährung
kultiviertes Fleisch:
https://www.bundestag.de/resource/blob/1003058/2571d7f671db0811dd52b3367709d7b3/WD-8-021-24-pdf.pdf