Eine Karte für die Gesundheit von Kindern

Im Jahr 2017 besuchte Deanne Taylor eine Präsentation an der University of Pennsylvania, nur einen kurzen Spaziergang von ihrem Büro entfernt. Ein Forscher stellte dort den Human Cell Atlas vor, ein ehrgeiziges Projekt, das jede Zelle im menschlichen Körper kartieren wollte. Taylor war beeindruckt, aber auch besorgt. Als mehr Details bekannt wurden, entdeckte sie, dass die Forscher des Projekts nur geplant hatten, Erwachsene zu untersuchen. „Da ging bei mir ein Alarm los“, sagt sie. „Nicht schon wieder.“ Seit sie drei Jahre zuvor als Direktorin für Bioinformatik am Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) angefangen hatte, war Taylor enttäuscht über die mangelnde Investition in medizinische Forschung für Kinder. Die vorherrschende Meinung war, dass Kinder genau wie kleine Erwachsene sind. Das stimmt nicht. Kinderzellen unterscheiden sich von Erwachsenenzellen in der Art, wie sie Gene exprimieren – sie schalten sie an oder aus oder regulieren sie hoch oder runter. Diese Unterschiede können drastisch verschiedene und sogar tödliche Reaktionen auf Medikamente verursachen, die Erwachsene gut vertragen. Der Vortrag von 2017 war der Moment, auf den Taylor gewartet hatte. Sie verwandelte ihre Sorge schnell in eine Kampagne. Sie trat dem Freiwilligenteam des Human Cell Atlas bei und half, einen Abschnitt über Kinder für ein Weißpapier zu schreiben, das die Ziele und Pläne der Gruppe beschrieb. Dann sammelte sie eine Koalition von Kinderforschern aus verschiedenen Krankenhäusern, um zu dem Projekt beizutragen, und leitete 2019 ein Papier, das die Gründe für die Erforschung von Kindern darlegte – ein Versuch, mehr Interesse und Finanzierung für das Feld zu bekommen. „Es hat eine Flagge in den Boden gesteckt“, sagt sie. „Warum haben wir keine gesunden Modelle der kindlichen Entwicklung?“ Der Vorstoß hat sich bisher ausgezahlt. 2021 gab das NIH einen Zuschuss von 38,5 Millionen Dollar für das Developmental Genotype-Tissue Expression Project (dGTEx), eine große Initiative, die die erste umfassende Datenbank mit gesundem pädiatrischem Gewebe aufbauen will. Das Projekt sammelt Proben von gesunden Kindern, die gestorben sind und deren Eltern zugestimmt haben, ihre Körper zu spenden. Es kartiert, wie Gene in allen großen Organsystemen exprimiert werden. Taylor und ihr Team pflegen und standardisieren die Informationen, die zu jeder Gewebespende gehören, einschließlich Familiengeschichte und Details zu den Proben. Eine andere Gruppe analysiert die Proben selbst. Dann werden alle Informationen kombiniert, um eine Datenbank zu erstellen – eine Basislinie, wie Genexpression bei Kindern aussieht. Das ist der erste Schritt, um Forschung zu ermöglichen, die unser Wissen über normale Entwicklung, Krankheiten, Medikamentenwirksamkeit und andere Phänomene erweitern könnte. Das dGTEx-Team wird seine Daten schließlich in den Human Cell Atlas einspeisen, der dank Taylor und vielen Mitautoren des Papiers von 2019 jetzt auch einen Abschnitt für Kinder hat. Taylors Hauptaufgabe ist es, Daten für dGTEx zu sammeln und zu organisieren, aber Kollegen sagen, sie sei auch der Klebstoff, der verschiedene Forschungsprojekte zusammenhält. Das ist besonders wichtig für den Human Cell Atlas, der auf Beiträge einer losen Koalition von Forschern angewiesen ist, die alle ihre eigenen Ziele verfolgen. „Deanne hat eine große Perspektive eingenommen und gesagt: Wir müssen nicht nur die pädiatrische Niere oder das pädiatrische Gehirn oder das pädiatrische Immunsystem verstehen. Wir brauchen eine ganzheitliche Sicht der pädiatrischen Entwicklung“, sagt Sarah Teichmann, eine Mitbegründerin des Human Cell Atlas. „Sie verkörpert diesen interdisziplinären Geist.“ Eine gesunde Basislinie Taylor beschreibt ihre Karriere als „Zufallsspaziergang“, angetrieben von einer besonderen Intensität, die sie heute auf nicht diagnostiziertes Autismus und ADHS zurückführt. Mit fünf Jahren begann sie, die medizinischen Bücher ihrer Mutter zu lesen. Mit zwölf Jahren lieh sie Physikbücher aus der Bibliothek aus. Physik bot Rätsel, die es zu lösen galt, und sie wollte verstehen, wie Dinge funktionieren. Taylor promovierte 2001 in Biophysik, aber sie ließ sich vom damals aktiven Human Genome Project inspirieren, die Richtung zu wechseln und eine Postdoc-Stelle bei Pfizer anzunehmen, wo sie Code schrieb, um komplexe Daten in der Forschung zu seltenen Krankheiten zu verarbeiten. Dann wechselte sie zur Reproduktionsmedizin, wo sie an einigen der ersten Computerprogramme arbeitete, um Embryonen auf Chromosomenanomalien zu untersuchen – viele davon werden noch heute verwendet. Trotz dieses scheinbar kurvenreichen Weges sagt Taylor, ihr Fokus sei immer darauf gelegen, zu verstehen, warum dieselbe Krankheit Menschen unterschiedlich trifft. Wie können zwei Menschen dieselbe krankheitsassoziierte Genvariante tragen, aber nur einer wird krank? Der Human Cell Atlas – einschließlich aller Daten, die von dGTEx und anderen Projekten einfließen – könnte Forschern endlich helfen, Antworten zu finden. Die Anstrengung ist eine natürliche Erweiterung des Human Genome Project. Diese Initiative, die 2003 abgeschlossen wurde, half Forschern, bestimmte Gene mit bestimmten Krankheiten zu verbinden. Aber eine Genomkarte ist ein bisschen wie ein DIY-Bausatz mit allen Teilen, aber ohne Anleitung. Sie sagt nicht, wo und wie Zellen jedes Gen im Körper verwenden. Schließlich, sagt Taylor, „sind wir nur ältere Kinder“. „Indem man die pädiatrische Seite ignoriert, verpasst man meiner Meinung nach ein Fenster für Eingriffe bei menschlichen Krankheiten.“ Dafür muss man wissen, wie die Gene exprimiert werden. Genexpression bedeutet normalerweise, dass ein Protein hergestellt wird, das eine bestimmte Aufgabe im Körper erfüllt, wie Gewebe aufzubauen oder Signale zu senden. Anders als DNA, die im Laufe unseres Lebens weitgehend gleich bleibt, ändert sich die Art, wie die Gene in der DNA exprimiert werden, während wir uns entwickeln. Unterschiede in der Genexpression können bestimmen, ob eine Therapie wirkt – oder ob sie mehr schadet als nützt. Wegen der Art, wie Herzgene bei Kindern exprimiert werden, können Chemotherapeutika nicht nur Tumore angreifen, sondern auch die sich entwickelnden Herzen von Kindern, was möglicherweise lebenslange Schäden verursacht. Andere Behandlungen können den gesamten Körper betreffen und manchmal eine reversible, aber potenziell tödliche Immunreaktion auslösen, das sogenannte Zytokinfreisetzungssyndrom. Die dGTEx-Datenbank soll eine Basislinie für die Genexpression bei Kindern schaffen – eine molekulare Karte, wie die etwa 20.000 Gene des Körpers in gesunden Gewebezellen arbeiten. Sie ist nur eine der Kollaborationen, die Taylor leitet. Sie ist Hauptforscherin für das Kids First Data Resource Center, das Sequenzierung durchführt.