Zwischen Mathematik und Lebenswissenschaften bewegt sich die Forschung von Professor Jan Hasenauer. Er entwickelt mathematische Modelle, um unter anderem Krankheiten besser zu verstehen. Dabei verbindet er Mathematik, Informatik, Biologie und Medizin.
Gerät bei der Systembiologie ins Schwärmen: Jan Hasenauer, Inhaber der Schlegelprofessur für Mathematik und Lebenswissenschaften an der Universität Bonn.
Barbara Frommann/Universität Bonn
Dass Hasenauer einmal Professor werden würde, war alles andere als ausgemacht. Er war der Erste in seiner Familie, der überhaupt studierte und dann auch noch ein abstraktes Fach wie „Technische Kybernetik“. Seine Eltern hätten es lieber gesehen, wenn er eine Ausbildung gemacht und Geld verdient hätte. Die Studienwahl hat sich dabei eher zufällig ergeben. Am Tag der offenen Tür hörte er einen Vortrag des Kybernetikers Frank Allgöwer, der ihn nachhaltig prägte. Allgöwer zeigte, wie das Herzstück der Kybernetik, also die Steuerung, Kommunikation und Regelung in komplexen Systemen - nicht nur in technischen Anwendungen, sondern auch in Biologie und Medizin eine Rolle spielt. Für Hasenauer war das ein Schlüsselerlebnis. Ihn reizten die breiten Anwendungsmöglichkeiten, statt sich auf ein einzelnes Fachgebiet festzulegen. Während des Studiums hat Hasenauer dann die Systembiologie für sich entdeckt: „Die schiere Komplexität, die wir in biologischen Systemen haben, übersteigt einfach alles, was wir selbst bauen könnten oder auch in Wirtschaftskreisläufen sehen“, schwärmt er.
Personalisierte Krebsmedizin und die Chancen von Abwasserdaten
Heute leitet Hasenauer eine große Arbeitsgruppe am LIMES-Institut der Universität Bonn und besetzt die Schlegelprofessur für Mathematik und Lebenswissenschaften. Seine Forschung beschäftigt sich mit hochkomplexen biologischen Daten – etwa aus der Krebsforschung, der Immunologie oder der Epidemiologie, oft im Zusammenspiel von künstlicher Intelligenz und mathematischen Modellen. KI hilft etwa bei der Erkennung von Mustern in riesigen Bilddatensätzen. Das beschleunigt die Arbeit erheblich und hilft, Parameter zu bestimmen, die anschließend in mathematischen Modellen einfließen und bessere Vorhersagen ermöglichen.
„Für mich zeichnet sich gute Forschung dadurch aus, dass sie Wirkung entfaltet – etwa indem sie dazu beiträgt, die Lebensqualität durch maßgeschneiderte Therapien zu verbessern“, beschreibt Hasenauer sein Selbstverständnis als Wissenschaftler. Momentan liegt ein Schwerpunkt seiner Arbeit in der personalisierten Krebsmedizin. Zusammen mit Partnergruppen aus Klinik und Grundlagenforschung entwickelt seine Arbeitsgruppe sogenannte In silico-Modelle von Tumoren. Dafür werden auch patientenspezifische Organoide genutzt – kleine Zellmodelle, die das Verhalten eines Tumors möglichst realitätsnah nachbilden. Daran lässt sich testen, wie dieser Tumor bei einer Patientin oder einem Patienten auf eine ganz bestimmte Therapie reagiert. Am Ende ließen sich so im Voraus Behandlungsstrategien für einzelne Patientinnen und Patienten evaluieren.
Auch während der Corona-Pandemie spielte seine Forschung eine wichtige Rolle. Im Projekt „INSIDe“ des vom BMFTR geförderten Modellierungsnetzes für schwere Infektionskrankheiten (MONID) arbeitete sein Team mit Abwasserdaten, um die Ausbreitung von Krankheitserregern frühzeitig sichtbar zu machen. Auch wenn sein Projekt inzwischen abgeschlossen ist, bleibt das Thema aktuell. Hasenauer ist überzeugt, dass in diesen Daten noch enormes Potenzial steckt – gerade für die Prävention zukünftiger Pandemien. „Abwasser hat so einen hohen Informationsgehalt – den kann man gar nicht überschätzen“, sagt er. „Und dabei wird niemandes Privatsphäre berührt.“
Interdisziplinarität als Selbstverständlichkeit
In seiner Rolle als Systembiologe, Professor und Mitglied gleich zweier Bonner Exzellenzcluster (Hausdorff Center for Mathematics und ImmunoSensation³) ist Interdisziplinarität für Hasenauer gelebter Alltag. Mittlerweile kann er auch meist übersetzen, wenn es zwischen den Disziplinen sprachlich hakt. Dass es beim Aufeinandertreffen von Fachkräften aus Klinik, Naturwissenschaften und Mathematik wegen unterschiedlicher Denkweisen und Fachsprachen zu Missverständnissen kommt, hat er selbst erlebt. Besonders gern erzählt er von seinem ersten Treffen mit Immunologinnen und Immunologen während der Promotion in Stuttgart. Dort sprach man über ein „Modell“ – allerdings meinte jede Seite etwas anderes. „Für mich war das Modell das mathematische Modell“, erzählt Hasenauer. Die Biologinnen und Biologen dagegen sprachen von einem experimentellen Mausmodell im Labor. „Es hat eine Viertelstunde gedauert, um herauszufinden und uns gegenseitig zu erklären, was wir mit Modell meinen.“
Glück und ein gutes Environment
Nach seiner Promotion ist Hasenauer zunächst der Liebe wegen nach München - ans Helmholtz Zentrum – gegangen und hat dafür ein Angebot von einem renommierten Labor aus dem Ausland abgelehnt. Und es hat sich gelohnt. Das Paar ist inzwischen dreizehn Jahre verheiratet und hat zwei Kinder. Rückblickend sagt er: „Klar ist Karriere wichtig, aber nicht um jeden Preis.“ Insgesamt habe er im Laufe seiner Karriere wirklich Glück gehabt – mit unterstützenden Mentorinnen und Mentoren und mit inspirierenden Forschungsgruppen: „Das Umfeld, in dem man arbeitet, ist extrem wichtig für die eigene Produktivität und Leistungsfähigkeit“, sagt er. Dieses Umfeld möchte er nun selbst für andere schaffen: „Das ist aus meiner Sicht absolut essenziell für den Erfolg von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern.“ Er berichtet zum Beispiel vom „Buddy“-Prinzip an seinem Institut: Neue Gruppenmitglieder werden ein halbes Jahr lang von erfahreneren begleitet.
Mit Blick auf die nächsten zehn Jahre rechnet Hasenauer mit zwei großen Entwicklungen für seinen Fachbereich: Heute seien viele Daten noch gar nicht zugänglich, etwa handschriftliche Aufzeichnungen aus Jahrzehnten in unzähligen Patientenakten. Hier werde gerade an der datenschutzkonformen Erfassung und Standardisierung gearbeitet – auch zwischen Staaten. „Das wird noch einmal zu einem gigantischen Sprung führen. Damit haben wir viel längere Historien, viel mehr Daten und können KI und unsere Modelle viel besser trainieren. Darauf freue ich mich.“ Die zweite Entwicklung hat schon begonnen: Die Wearables, die viele Menschen heute schon selbstverständlich tragen, sammeln Daten, die sich gut zur Früherkennung nutzen lassen. Schon heute kämen Menschen zu Kardiologen, weil die Smartwatch gemeldet hat, dass etwas nicht stimme. „Das werden wir sukzessive stärker nutzen können – und müssen. Müssen, weil es nicht nur ein Bedürfnis der Patientinnen und Patienten ist. Es ist auch eine Kostenfrage. Prävention ist einer späteren Behandlung immer zu bevorzugen.“