Für den Krebsmediziner Sebastian Ochsenreither von der Berliner Charité ist Patient 19 ein Mensch aus Fleisch und Blut, er hat ihm die Hand gegeben, seinen Blutdruck gemessen und mit ihm über die Computertomografie des Schleimhauttumors gesprochen. Für den Bioinformatiker Thomas Keßler ist Patient 19 eine Datei mit 22.117 Differenzialgleichungen, verknüpft mit 600 Gigabyte Genomdaten. Für den Humangenetiker Hans Lehrach verkörpert Patient 19 die Zukunft der Medizin.

Hans Lehrach, Thomas Keßler und Sebastian Ochsenreither testen gerade eine Science-Fiction-Idee in der Praxis. Sie simulieren Menschen auf dem Computer, um die passenden Medikamente zu finden. Patient 19 ist einer von 35 Hautkrebspatienten, die an der Studie teilnehmen. Für jeden von ihnen fertigen Keßler und Kollegen eine digitale Kopie an. Dann studieren sie am Computer, welcher Wirkstoff der Kopie, dem digitalen Zwilling, am besten hilft. Die Entscheidung, welches Medikament der Patient bekommt, fällt ein Mensch. Für Patient 19 ist es Sebastian Ochsenreither vom Universitätsklinikum Berlin.

Hinter diesem Projekt steht der große Traum von der personalisierten Medizin, und man sollte als Erstes mit Hans Lehrach sprechen, denn der träumt am größten. Lehrach hat ein Riesenbüro mit Riesenschreibtisch und Riesenbildschirmen am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik. Er ist 70 Jahre alt und war viele Jahre Direktor des Instituts, er hat Biotech-Firmen gegründet, in Boston und London geforscht, das menschliche Genom mit entschlüsselt. In der Wissenschaft ist er schon unsterblich. Er könnte den Ruhestand genießen und vormittags durch den Grunewald spazieren, aber jetzt dreht er richtig auf. Er sagt: „Warum soll ich mich auf die eigene Unsterblichkeit verlassen, wenn wir Millionen von Patienten eine bessere Behandlung ermöglichen können?“

Eines Tages wird jeder Mensch einen digitalen Zwilling haben, das ist Lehrachs Traum, und bevor man dem echten Menschen ein Medikament verschreibt, wird der Arzt am Computer-Zwilling verschiedene Therapien ausprobieren. „Jeder sollte von der Geburt bis ins hohe Alter einen Zwilling in silico haben“, sagt Lehrach. Silico ist ein Kunstwort für Silizium, also Mikrochips, also Computer. „Man wird den Zwilling auch verwenden, wenn man für einen Marathon trainiert. Die Simulation sagt dann, wie man sich im Training ernähren soll.“ Und wenn irgendwann von Millionen Menschen je eine digitale Kopie existierte, könnte man klinische Studien an einem Heer virtueller Doppelgänger durchführen, ohne dass jemand Schaden nähme.

Es ist ein heißer Tag Mitte Juni, und Hans Lehrach kommt mit Shorts und Sandalen ins Büro, er redet mit Wiener Schmäh und macht gerne sarkastische Bemerkungen über das Gesundheitssystem. Man darf diesen Mann nicht unterschätzen. Er hat mehr als 70 Forschungsinstitute und Firmen zusammengetrommelt, um die Idee des digitalen Zwillings voranzutreiben. Future Health heißt die Initiative, und Lehrach fliegt in diesen Tagen oft nach Brüssel, weil Future Health in der Endrunde für eine Milliarde Euro Forschungsgeld steht. Natürlich führt er auch das R-Wort im Mund, Revolution!, und wie es sich für einen Revolutionsführer gehört, hat er ein Manifest geschrieben. Als Vorbild nennt er darin die Mondlandung.

Hans Lehrach hat sich Vergleiche ausgedacht, um andere vom Nutzen des digitalen Zwillings, der oft auch „virtueller Patient“ heißt, zu überzeugen. „Wenn wir ein Hochhaus bauen“, sagt er, „warten wir nicht, ob es beim nächsten Herbststurm zusammenbricht, sondern wir simulieren das im Voraus.“ Auch Flugzeugpiloten trainieren in Simulatoren, und Autos absolvieren Crashtests im Computer. „Besser, wir machen Fehler am Rechner als in der Wirklichkeit. Der einzige Bereich, in dem wir das nicht tun, ist die Medizin.“

Die Genomsequenzierung von Patienten, also die Analyse des kompletten Erbguts, sollte zur Routine werden, sagt Hans Lehrach – und ebenso subventioniert werden wie Elektroautos und Solarzellen. „Hier geht’s ja nur um Menschenleben.“ Er meint es sarkastisch. Am linken Handgelenk trägt er eine Apple Watch mit Pulsmesser, am rechten einen Bewegungssensor von Fitbit. Auch die Daten solcher Geräte sollen eines Tages in die Zwillingssimulation einfließen. Und der Datenschutz? Lehrach sagt: „Datenschutz ist etwas für Gesunde.“

Die Personalisierung der medikamentösen Therapie sei das große ungelöste Problem in der Medizin. Ein Medikament beeinflusst Dutzende biochemische Vorgänge. Aber jeder Körper ist anders. Der Arzt weiß nicht, wie ein Medikament auf den Einzelnen wirken wird. Sicher, es gibt klinische Studien, doch die bilden einen Durchschnitt über Hunderte Personen. „Das ist so, als würde man sagen: Ihr linker Arm ist gebrochen, aber wir gipsen jetzt mal den rechten ein, weil in klinischen Studien mehr rechte Arme eingegipst wurden.“ Wenn man Hans Lehrach eine Weile zuhört, will man mit dem Krankwerden lieber noch warten, bis die Zukunft etwas näher gerückt ist.

Personalisierte Medizin heißt nicht, dass der Arzt sich öfter mal nach der Familie erkundigt (das wäre eine persönlichere Medizin, ein anderes Thema). Sondern dass jeder Patient eine Therapie erhält, die auf seinen Körper, sein Genom, seinen Stoffwechsel abgestimmt ist.

Wie ein Biochemie-Baukasten

Diese Vision beruht auf einer Annahme, mit der man seit Aristoteles jedes Philosophie-Seminar sprengen kann: dass der Mensch wie eine Maschine funktioniert. Lange Zeit suchten Naturforscher nach einer Art Lebenskraft (vis vitalis), die einen lebenden Organismus von einem Haufen toter Materie unterscheidet. Vergebens. Im 19. Jahrhundert habe sich die Auffassung durchgesetzt, dass die lebende Zelle „ein Sack voller untereinander verbundener chemischer Reaktionen war“, schreibt der Arzt Siddhartha Mukherjee in seinem Bestseller Das Gen. Eine neue Wissenschaft war geboren: die Biochemie. Im 20. Jahrhundert entschlüsselten Biochemiker die DNA, die Bauanleitung des Lebens. Seitdem gilt der Mensch als komplexes, aber in Teilen eben auch berechenbares Wesen. „Krebs ist ein sehr mechanistisches Problem“, sagt Hans Lehrach. „Die Diskussion über die Seele kann man da außen vor lassen.“

Dann steigt er in seinen Mercedes und gleitet ein paar Straßen durch Berlin-Dahlem zu einem schmucklosen Betonbau. Hier hat Alacris Theranostics einige Büros angemietet, eine Biotech-Firma, die Lehrach 2008 zusammen mit seiner Kollegin Marie-Laure Yaspo sowie George Church von der Harvard Medical School gegründet hat. Im zweiten Stock öffnet er mit einem Sicherheitscode die Tür. Willkommen im Reich der digitalen Zwillinge.

Ein Mensch besteht grob geschätzt aus 40 Billionen Körperzellen. Sie bilden die Haut, die Leber, das Herz, die Lunge und andere Organe, die Muskeln, das Blut, Nerven, Knochen, Nägel, Haare, einfach alles. Jede Zelle nimmt durch ihre Hülle Nährstoffe und Moleküle auf, gewinnt daraus Energie, sie stellt in ihrem Innern Proteine her und verarbeitet Fett- und Zuckermoleküle. Sie vermehrt sich durch Zellteilung, und wenn sie nicht mehr gebraucht wird, startet sie ein Selbstmordprogramm und verschwindet. Das ist das Leben aus Sicht der Biochemie. Und das lässt sich simulieren wie eine Chemiefabrik? Nicht ganz.

Man kann mit den digitalen Zwillingen nicht reden wie mit Apples Siri, aber sie haben einen Vertreter: Thomas Keßler sitzt mit drei weiteren Bioinformatikern in einem Raum, die Jalousien heruntergelassen, die Köpfe verschwinden hinter Bildschirmen. Viele der 20 Alacris-Mitarbeiter haben mal am Max-Planck-Institut gearbeitet. Keßler öffnet den Ordner Model_2016Q2 und ruft Patient 19 auf. Das Bild ähnelt nicht im Entferntesten einem Menschen, eher einem Netzplan der Bahn. Da sind blaue Quadrate, das sind die Gene. Rote Kreise: Proteine. Bunte Linien: biochemische Signalwege. Was man nicht sieht: die 22.117 Gleichungen, mit denen ein Computercluster drei Tage lang den Fahrplan der Moleküle berechnet hat.

Dies ist keine komplette Menschenkopie, sondern nur ein Baustein. Der digitale Zwilling soll eines Tages wie ein Biochemie-Baukasten zusammengesetzt sein, mit Bausteinen für das Herz-Kreislauf-System, für die Organe, vielleicht sogar für Gehirnfunktionen. Als Erstes haben die Alacris-Forscher diesen Baustein für Krebserkrankungen programmiert.

Das Zusammenspiel von 40 Billionen Zellen kann selbst der schnellste Computer der Welt unmöglich nachvollziehen. Aber jede Zelle hat im Kern dieselben Erbinformationen: die DNA, auch Genom oder Erbgut genannt. Das vereinfacht die Aufgabe. Die DNA enthält gut 20.000 Gene. Sie dienen als Bauanleitung für Proteine. Die Proteine wiederum schützen Zellen vor Angreifern, steuern als Hormone und Enzyme den Stoffwechsel und sorgen für die Stabilität des Gewebes. Wenn dabei etwas schiefgeht, sodass Zellen sich unkontrolliert teilen, kann ein Tumor entstehen.

Alacris begrenzt sein Computermodell auf 800 Gene und 45 biochemische Signalwege: diejenigen, die die Teilung und das Sterben der Zelle steuern. So hofft man zu verstehen, warum eine Tumorzelle Amok läuft. Und welche Medikamente die gefährlichen Zellwucherungen stoppen könnten.

Als Biochemiker im Jahr 2000 im Weißen Haus verkündeten, sie hätten das menschliche Genom entschlüsselt, war der britische Premierminister Tony Blair aus London zugeschaltet. Seine Frau hatte einen Monat zuvor einen gesunden Sohn geboren, Leo. Dessen Lebenserwartung sei soeben um 25 Jahre gestiegen, sagte der damalige US-Präsident Bill Clinton. Kleiner Scherz, große Hoffnung: Seit der Genomscan immer günstiger wird – unter 1.000 Euro pro Patient –, sehen viele Kranke darin den ersten Schritt zur Heilung.

Es reicht aber selten aus, die Gene einer Tumorzelle zu kennen, man muss auch die gestörten Signalwege ausfindig machen. Falsche Weichenstellungen im biochemischen Fahrplan. Die Aktivität einzelner Gene wird durch Proteine an- und abgeschaltet. Daher fahndet die Firma Alacris nicht nur nach Mutationen, sondern liest auch das sogenannte Transkriptom aus. Das ist gewissermaßen die Abschrift des Genoms, nach der die Proteine konstruiert werden (transcriptio ist lateinisch für Übertragung). Thomas Keßler hat Patient 19 nie persönlich getroffen, aber ein Teil des Tumors liegt für diese Analysen im Tiefkühlschrank auf dem Flur.

Die Forscher vergleichen die Krebssimulation mit der Wettervorhersage: Ebenso wie Meteorologen reduzieren sie die Natur zunächst auf Gesetzmäßigkeiten in Form mathematischer Gleichungen, in diesem Fall ein Modell der Tumorzelle. Die Wettervorhersage braucht außerdem Daten über Luftdruck, Wind und Temperaturen in aller Welt. Die Krebssimulation braucht Transkriptom- und Genomdaten.

An einem Dienstag Ende Juni sitzt Thomas Keßler mit einem Dutzend Frauen und Männern im Konferenzraum 03001 der Charité zur molekularen Tumorkonferenz. Die digitalen Zwillinge reisen in seinem Laptop mit. Vom Fenster aus sieht man das Gewusel des Berliner Hauptbahnhofs, das sich nicht darum schert, dass in Sichtweite über Leben und Tod verhandelt wird. Auf der Tumorkonferenz beraten die Ärzte über besonders schwierige Fälle. Die Patienten haben meist schon mehrere Behandlungsversuche hinter sich.

Jede Behandlung ist ein Einzelfall

Die Ärzte haben ihre Kittel abgelegt, sie sind unter sich. Da ist der Leiter der Onkologie mit einer Kollegin, sie kennen die Patienten. Da sind die Pathologen, sie kennen das Tumorgewebe. Zwei junge Ärzte haben die weltweit laufenden klinischen Studien recherchiert. Die Genetikerin Marie-Laure Yaspo vom Max-Planck-Institut hat die Genomdaten im Blick. Thomas Keßler spricht für die Zwillinge.

„Wir haben eine neue Patientin*“, sagt der Onkologe. Bei ihr wurde 1998 ein Tumor am Auge diagnostiziert, Augapfel entfernt, Bestrahlung, 2002 nachoperiert, Lungenmetastasen, Chemotherapie, Lebermetastasen, ein Teil der Leber entfernt, 2013 Immuntherapie, 2015 dann wieder eine Hautmetastase, Chemotherapie. Nun wurde sie als Patient 22 in die Treat20plus-Studie aufgenommen, so heißt das Forschungsprojekt zum digitalen Zwilling.

„That’s a complex case“, ein komplexer Fall, sagt Yaspo, die Koordinatorin der Treat20plus-Studie. 31 Mutationen im Erbgut der Tumorzellen, am auffälligsten ist die Mutation des Gens GNA11, außerdem ist das Gen MET hochreguliert. Dazu gebe es eine Phase-1-Studie, sagt ein junger Arzt. Ein „MET-Inhibitor“ werde dort getestet. Den Wirkstoff könne man besorgen. Was sagt die Computersimulation?

Seit einigen Jahren kommen sogenannte molekulare, zielgerichtete Medikamente auf den Markt. Sie sollen den Tumor ausschalten, indem sie gezielt in die Biochemie der Zellen eingreifen. Mehrere Dutzend dieser Wirkstoffe sind inzwischen zugelassen, viele weitere sind in der Testphase. Insgesamt hat Thomas Keßler 300 Wirkstoffe in der Datenbank. Am Computer simuliert er, welche von ihnen den 35 Melanom-Patienten jeweils helfen könnten. Die Simulation ergibt eine Rangliste der wirksamsten Medikamente. Auf Platz eins steht für Patient 22 ein Wirkstoff, der normalerweise gegen Blutkrebs eingesetzt wird. Die Onkologen der Tumorkonferenz entscheiden sich nach der Diskussion für Platz zwei: ein Medikament, das für die Behandlung von Nierenkrebs zugelassen ist. Denn das wurde in Einzelfällen auch bei Hautkrebs getestet und hat zudem weniger Nebenwirkungen als der Wirkstoff von Platz eins.

Am späten Nachmittag sitzt Sebastian Ochsenreither in seinem Sprechzimmer an der Charité und ergänzt elektronische Patientenakten. Vormittags hat er Patient 19 zur Computertomografie geschickt und danach an drei Tumorkonferenzen teilgenommen, 12 bis 14 Uhr Lunge, 14 bis 14.30 Uhr molekulare Tumorkonferenz mit den digitalen Zwillingen, 16 bis 16.45 Uhr Hals-Nasen-Ohren. „Wir haben eine Lernkurve“, sagt er über die Treat20plus-Studie, „aber wir sind auf der Lernkurve noch ganz unten.“ Etwa für jeden zweiten Patienten gebe es dank der Simulation eine sinnvolle Empfehlung. „Wir gewinnen Monate an Lebenszeit, aber nicht Jahre, alles andere ist gelogen.“ Die Computersimulation darf aus ethischen Gründen erst dann zurate gezogen werden, wenn die Standardtherapien keinen Erfolg haben. Man kann ja nicht ausschließen, dass der Computer Fehler macht. Außerdem sei die Behandlung ein „Schuss ins Blaue“, sagt Ochsenreither, es gebe halt wenig Erfahrung mit derart individualisierten Therapien. Das ist zugleich das Dilemma der personalisierten Medizin: Jede Behandlung ist ein Einzelfall.

Patient 19 galt als austherapiert, als er im September 2016 an die Charité überwiesen wurde. Chemotherapie, Immuntherapie, Bestrahlung, Operationen – der Schleimhauttumor in der Stirnhöhle war nicht totzukriegen. In der Computersimulation schien Everolimus zu wirken, ein Wirkstoff, der eigentlich nur zur Behandlung von Brust- und Nierenkrebs zugelassen ist. Sebastian Ochsenreither verschrieb dem Patienten das Medikament, ein sogenannter Off-Label-Gebrauch.

Nach ein paar Monaten zeigte eine Biopsie des Tumors, dass er ausgebremst worden war. Statt 70 Prozent der Zellen waren nur noch 15 Prozent in Teilung begriffen. Die Krankheit stagnierte. „Manchmal funktioniert’s“, sagt Ochsenreither. „Das ist das Glück des Einzelnen.“ Die Ärzte stehen jedoch vor dem Problem, dass Tumorzellen sich weiterentwickeln. Hat man ein passendes Medikament gefunden, können Zellen dagegen resistent werden. „Das ist Mikroevolution vom Feinsten“, sagt Ochsenreither, „wie bei Darwin.“ Dann guckt er auf die Uhr und springt auf. Er muss zum Tangotanzen mit seiner Frau. Für einen 40-jährigen Krebsmediziner gibt es ein Leben nach dem Tod. „Morgen um sieben bin ich wieder hier.“

In der Wissenschaft wirft jede Antwort neue Fragen auf. Das ist gut für die Wissenschaft, sie hat immer zu tun. Für todkranke Patienten zählen nur die Antworten. Die Ärzte stehen irgendwo dazwischen. Die wichtigste Frage für alle ist, ob der digitale Zwilling den Patienten am Ende besser hilft als die bisherigen Methoden. Um das zuverlässig zu beurteilen, müsste man eine Studie mit viel mehr als 35 Patienten machen und einen Teil mithilfe des digitalen Zwillings behandeln, den anderen so wie bisher. So weit ist man noch nicht.

Der Max-Planck-Direktor Hans Lehrach ist in Gedanken schon weiter: das Gesundheitssystem retten. Die Kosten steigen schneller als das Bruttosozialprodukt, das könne nicht gut gehen. Wenn Genanalysen und Computersimulationen zur Routine werden, spekuliert er, könnten die Behandlungskosten irgendwann ebenso fallen wie die Kosten von Solarzellen. Er hat unlängst mit zwei Bundestagsabgeordneten darüber geredet, CDU und SPD, für ihn offenbar unbefriedigend: „Das war so, als würde man auf der Titanic jemanden suchen, der sich für Eisberge interessiert.“

Er ist zwar nicht mehr der Jüngste, aber das Alter soll kein Hindernis sein. Lehrach hat sein eigenes Genom vor ein paar Wochen sequenzieren lassen. Er ist nicht krank, sondern neugierig. Er möchte sein Erbgut mit dem von Supercentenarians vergleichen. Diese Menschen werden mindestens 110.

*Zur Anonymisierung wurden die Krankengeschichten verändert.

Die Quellenangaben zum ZEIT-Wissen-Artikel finden Sie hier.