Das Gegenteil von unabhängig

Am Montagabend (9. Dezember 2013) hat im Marburger Chemikum die zweite Veranstaltung der Reihe „Synthetische Biologie im Dialog” stattgefunden. Thema war die Komplexität biologischer Systeme, die Forscher einerseits fasziniert, andererseits aber auch eine der größten Herausforderungen der Lebenswissenschaften darstellt. Professor Dr. Bruno Eckhardt, geschäftsführender Direktor des "LOEWE-Zentrums für synthetische Mikrobiologie" an der Philipps-Universität und damit Mitveranstalter des Abends, warf in seiner Begrüßung deshalb die Frage auf, ob der Begriff „Komplexität“ nicht auch schlicht dafür stehe, dass man etwas nicht begreife. Im Hinblick auf synthetische Ansätze, bei denen man ein System verändern wolle, sei man jedoch gut beraten, vorher zu wissen, was dabei herauskomme, meinte der Physiker.

Komplexes Thema im Überblick: Auf dem Podium bei der Diskussionsveranstaltung "Synthetische Biologie im Dialog" debattierten (von links) Bruno Eckhardt, Sven Panke, Friedemann Voigt und Klaus Mainzer. (Foto: Uwe Dettmer/Hessen schafft Wissen)

Der erste Sprecher, der Biotechnologe Professor Dr. Sven Panke vom Department of Biosystems Science and Engineering der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, griff diese Schwierigkeit in seinem Vortrag auf: Die Synthetische Biologie verstehe sich zwar als Disziplin für das rationale Design von künstlichen lebenden Systemen, quasi als Ingenieursdisziplin der Biologie. Doch das funktioniere noch lange nicht so zuverlässig, wie man es sich vorstelle. Die verschiedenen Bauteile biologischer Systeme seien eben nicht so unabhängig voneinander wie beispielsweise die Bauteile eines Radios, und man könne sie deshalb auch nicht so einfach neu zusammenstecken. „Komplex ist das Gegenteil von unabhängig“, brachte Panke das Phänomen auf den Punkt. Um sich das Verständnis zu erleichtern, versuche man deshalb in der synthetisch-biologischen Forschung mit verschiedenen Ansätzen, die Komplexität der untersuchten Systeme zu verringern. Dafür gab Panke eine Reihe von Beispielen: etwa die Versuche, bakterielle Genome auf jenes Minimum an Genen zu reduzieren, mit dem die Zellen noch selbständig leben, wachsen und sich teilen können, oder die Idee, ein biologisches System mit standardisierten Bauteilen von Grund auf neu zu bauen. Sobald man dieses System, etwa eine reduzierte Zelle, mit verschiedenen Eigenschaften ausstatten wolle, werde es aber wieder komplex, so Panke. Das Problem sei dabei nicht etwa die Anzahl der Bauteile, entscheidend seien vielmehr die Wechselwirkungen zwischen den in der Regel eben nicht unabhängigen Teilen.

Der zweite Sprecher, der Wissenschaftsphilosoph Professor Dr. Klaus Mainzer von der Technischen Universität München, gab zunächst einen Überblick über die verschiedenen mathematischen Methoden, mit denen komplexe Phänomene beschrieben werden können. Dabei seien die Datenmengen heute so groß, dass die Wissenschaftler selbst sie gar nicht mehr erfassen könnten, so Mainzer. Dafür brauche es Computer mit großer Rechenkapazität; diese – beziehungsweise die entsprechenden Programme – machten dann Vorschläge für Hypothesen, die die Forscher im Labor prüfen könnten. Tatsächlich sei die entsprechende Rechenkapazität zur Bearbeitung auch komplexer Phänomene heute schon vorhanden, sagte Mainzer, und führte dafür als Beispiel unter anderem das menschliche Gehirn an. Dieses verfüge im Schnitt über 10 ¹¹ Neuronen, die über durchschnittlich 1000 Synapsen mit anderen Nervenzellen verbunden seien, die wiederum rund 200 Impulse in der Sekunde aussendeten; das mache 2x10 ¹⁶ Operationen pro Sekunde, und das entspreche in etwa der Kapazität der heutigen Superrechner. Nur die Biologie sei eben noch nicht soweit, sie könne noch nicht die nötigen Daten für die Berechnungen liefern.

Man habe ja nun in den letzten Jahrzehnten viele mathematische Werkzeuge zur Untersuchung komplexer Systeme entwickelt, sagte Bruno Eckhardt in der anschließenden Diskussion, die er gemeinsam mit dem evangelischen Theologen und Bioethiker Professor Dr. Friedemann Voigt, dem Initiator der Veranstaltungsreihe, moderierte. Habe man denn mittlerweile einen vollständigen Überblick über die möglichen komplexen Phänomene? Auch hier sei die Entwicklung keineswegs abgeschlossen, meinte Mainzer. Allerdings gelte das genauso für die Physik – auch dort gebe es diesbezüglich noch erhebliche Lücken, trotzdem sei schon heute sehr erfolgreiches Arbeiten möglich. Mit einem mathematischen Modell könne man ein System jedoch nur beschreiben, fuhr der Philosoph fort. Kontrollieren könne man es deshalb noch lange nicht; das werde häufig verwechselt.

Im Hinblick auf die Synthetische Biologie sprach Mainzer denn auch eine Warnung aus: Bei komplexen biologischen Phänomenen kenne man die meisten Wechselwirkungen wahrscheinlich noch gar nicht; trotzdem wollten die Synthetischen Biologen Veränderungen am System vornehmen, quasi an Schrauben drehen, ohne überhaupt zu wissen, was dann passieren werde. Aber wenn man neue Erkenntnisse wolle, sei man doch darauf angewiesen, an den Schrauben zu drehen, gab Voigt zu bedenken. Panke wiederum meinte, dass hier zwar sicher Respekt geboten sei; die Frage sei jedoch, ob der Respekt so groß sein solle, dass man sich dem Neuen gar nicht nähere. „Aus den Erfahrungen der Molekularbiologie der letzten Jahrzehnte kann ich persönlich nichts ableiten, was mich daran hindern sollte, vorsichtig weiter zu gehen“, so der ETH-Forscher.

Dafür plädierte dann auch Mainzer, forderte aber zudem eine ethische Begleitforschung. Eine solche „Wissenschaft mit reflexiver Haltung“ sei in Europa glücklicherweise viel üblicher als in Asien und Amerika. Aber gibt es denn überhaupt noch Geistes- und Sozialwissenschaftler, die alle Disziplinen überblicken? Auf diese Frage aus dem Auditorium hin räumte Mainzer ein, dass der Typ des Universalgelehrten tatsächlich unüblich geworden sei. Nichtsdestotrotz müssten Naturwissenschaftler ethische Aspekte in ihre Überlegungen einbeziehen und bei der Entwicklung der großen Forschungsstrategien mit Geistes- und Sozialwissenschaftlern zusammenarbeiten. Hier sei auch das Ausbildungssystem gefordert: In den einzelnen Studiengängen brauche es Module, in denen die Kommunikation der eigenen Forschung gelehrt werde, forderte der Philosoph. „Wissenschaftler müssen in der Lage sein, auch mit Fachfremden über ihr Fach zu diskutieren.“
(Vera Bettenworth, Synmikro)