Was ist Grundlagenforschung und warum ist sie wichtig?

Die Grundlagenwissenschaft, manchmal auch „reine“ oder „fundamentale“ Wissenschaft genannt, hilft den Forschern, lebende Systeme und Lebensprozesse zu verstehen. Dieses Wissen führt zu besseren Möglichkeiten, Krankheiten vorherzusagen, zu verhindern, zu diagnostizieren und zu behandeln.

In der Grundlagenforschung versuchen die Forscher, grundlegende Fragen zur Funktionsweise des Lebens zu beantworten. Beispiele hierfür sind:

• Wie sprechen die Zellen miteinander?
• Was steuert die Genaktivität?
• Wie falten sich Proteine, damit sie richtig funktionieren können?
• Wie entstehen Krankheiten?

Manchmal hat die Grundlagenforschung unerwartete Anwendungen, und die gewonnenen Erkenntnisse werden in Bereichen außerhalb von Gesundheit und Medizin genutzt, z. B. bei der Herstellung von Lebensmitteln und Haushaltsprodukten sowie für Verbesserungen bei Vaterschaftstests und in der Kriminalistik.

Von den Grundlagen der Wissenschaft zu medizinischen Durchbrüchen

• „Der Zufall begünstigt nur den vorbereiteten Geist.“ (Louis Pasteur)
• Durchbrüche entstehen aus einem komplexen Fundament an grundlegendem Wissen, das von vielen Menschen über viele Jahre hinweg beigetragen wurde. „Wenn ich weiter gesehen habe, dann nur, weil ich auf den Schultern von Riesen stand.“ (Sir Isaac Newton)
• Durchbrüche kommen oft aus unerwarteten und überraschenden Bereichen.
• Vom Menschen weit entfernte Organismen liefern oft wichtige Erkenntnisse oder neue Eigenschaften, die zu Fortschritten in Medizin und Technik führen.
• Ähnlich wie bei Investitionen in den Aktienmarkt oder in Start-up-Unternehmen maximiert die Unterstützung eines breit gefächerten und vielfältigen wissenschaftlichen Portfolios die Chancen auf Durchbrüche (große Gewinne) und bildet die solideste Grundlage, auf der Entdeckungen entstehen können.

Welche Fortschritte sind das Ergebnis der Grundlagenforschung?

Die folgenden Beispiele sind nur einige der vielen Erfolgsgeschichten bei der Umsetzung von Grundlagenforschung in praktische Anwendungen. Diese Art von Fortschritten sind das Ergebnis von Tausenden von Forschern, die über Jahrzehnte hinweg die für Fortschritte erforderliche wissenschaftliche Grundlage geschaffen haben.

Medikamente

• Platinol (Cisplatin): Bei der Untersuchung der Wirkung elektrischer Felder auf Bakterien stellte ein Forscher fest, dass sich die Bakterien nicht normal teilten. Er führte die Ursache auf Platinchemikalien zurück, die sich durch den Kontakt der Elektroden mit der Flüssigkeit, die die Bakterien enthielt, bildeten. Es wurde eine Reihe von platinhaltigen Verbindungen getestet und festgestellt, dass sie die Zellteilung beeinträchtigen, wobei Cisplatin am wirksamsten war. Weitere Tests ergaben, dass Cisplatin das Wachstum bestimmter Krebszellen stoppen oder verlangsamen kann. Cisplatin wird heute üblicherweise zur Behandlung von Hoden-, Eierstock- und Blasenkrebs eingesetzt. Tatsächlich haben Millionen von Menschen von der Behandlung mit Cisplatin profitiert, und wenn es zusammen mit anderen Chemotherapeutika eingesetzt wird, beträgt die Heilungsrate bei Hodenkrebs mehr als 90 Prozent. (Barnett Rosenbergs frühe Forschung wurde von GM10890 finanziert)
• Velcade (Bortezomib): Forscher entdeckten, dass Zellen eine interne Maschine, das so genannte Proteasom, nutzen, um beschädigte Proteine abzubauen und zu entfernen und das Zellwachstum zu kontrollieren. Andere Wissenschaftler dachten, dass ein Molekül, von dem bekannt ist, dass es die Wirkung des Proteasoms verlangsamt, auch die Zerstörung von Schlüsselproteinen verlangsamen könnte, die den Zellen helfen, Krebs zu bekämpfen. Dieses Molekül, Bortezomib, wird heute als Medikament zur Behandlung von Knochenmarkkrebs, dem so genannten Multiplen Myelom, eingesetzt.
• Lynparza (Olaparib): Jeden Tag wird unsere DNA durch Umwelteinflüsse wie die UV-Strahlung der Sonne und zufällige Fehler bei der Zellteilung geschädigt. Um gesund zu bleiben, müssen unsere Zellen ihre beschädigte DNA schnell reparieren. Wissenschaftler haben ein bestimmtes Protein identifiziert, das geschädigte DNA repariert, viele Studien durchgeführt, um zu verstehen, wie es funktioniert, und dann diese Informationen genutzt, um ein Medikament zu entwickeln, das den Reparaturprozess in Krebszellen blockiert. Krebszellen sterben ab, wenn sie beschädigte DNA nicht reparieren können. Dieses Medikament wird jetzt zur Behandlung von Eierstockkrebs eingesetzt.
• Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen: Die Chemie auf Kohlenstoffbasis ist die Grundlage des Lebens. Um die Chemikalien des Lebens herzustellen, müssen Wissenschaftler in der Lage sein, Kohlenstoffatome miteinander zu verbinden. Aber Kohlenstoffatome neigen von Natur aus nicht dazu, sich miteinander zu verbinden. Um diesen Prozess zu unterstützen, haben Wissenschaftler katalytische Substanzen entwickelt, die ein Metall namens Palladium enthalten. Diese Substanzen werden zur Herstellung des Krebsmedikaments Taxol (Paclitaxel) und des Asthmamittels Singulair (Montelukast) verwendet.

Andere medizinische Anwendungen

• Rekombinante DNA-Technologie: Gene dienen als Anleitung zur Herstellung von Eiweißmolekülen – jedes Gen sagt der Zelle, wie sie ein bestimmtes Eiweißmolekül herstellen soll. Forscher haben herausgefunden, wie man Gene verändern kann, um Bakterien und Hefe dazu zu bringen, große Mengen wichtiger Moleküle, z. B. Medikamente, herzustellen. Zu diesem Zweck verwenden die Wissenschaftler spezielle Moleküle, um ein bestimmtes Gen aus einem langen DNA-Strang herauszuschneiden und es in Bakterien- oder Hefezellen einzubauen. Die Bakterien und Hefen nehmen das transplantierte Gen an, als wäre es ihr eigenes. Sie vermehren sich schnell und stellen, den Anweisungen des Gens folgend, große Mengen des gewünschten Moleküls her. Zu den auf diese Weise hergestellten Molekülen gehören Insυlinhormon zur Behandlung von Diabetes und ein Hormon zur Behandlung von Kindern mit Wachstumsstörungen.
• Kernspintomographie (NMR): Wissenschaftler entwickelten NMR-Geräte, die mit Hilfe von Magneten physikalische, chemische, elektrische und strukturelle Informationen über Moleküle untersuchen können. Dieselbe Technik wird heute für die Magnetresonanztomographie (MRT) in Krankenhäusern verwendet. MRI ermöglicht es Ärzten, Gewebe und Organe im Körperinneren zu sehen, z. B. das Gehirn, das Herz und die Nieren. Sie kann zur Diagnose vieler Erkrankungen eingesetzt werden, von Bänderrissen bis hin zu Tumoren.

Was wird der nächste große Fortschritt sein?

Es lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, welche grundlagenwissenschaftlichen Projekte zu großen wissenschaftlichen Fortschritten führen werden. Zum Beispiel:

• Das Wissen darüber, wie sich Zellen bewegen, könnte Wege aufzeigen, wie man die Ausbreitung von Krebs stoppen kann.
• Die Untersuchung der Art und Weise, wie Zellen absterben, könnte Hinweise auf Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson liefern, die mit einem übermäßigen Zelltod in Verbindung gebracht werden.
• Der Einsatz neuer Forschungstechnologien könnte die Diagnostik und die Therapien für die Behandlung menschlicher Krankheiten verbessern.
• Wenn es gelingt, die Herstellung von Arzneimitteln im Labor zu vereinfachen, könnten die Unternehmen mehr Arzneimittel zu niedrigeren Kosten oder umweltfreundlicher herstellen.

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