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Ein neues Level biologischer Systemmodelle   

Die zunehmende Verfügbarkeit von hochwertigen biologischen Daten macht deutlich, wie wichtig die Organisation dieser Informationen in ein zusammenhängendes Computermodell zur präzisen Beschreibung der Struktur von Zellen ist. Ein EU-Projekt hat ein mehrstufiges Modell biologischer Systeme entwickelt, bei dem physikalisch-chemische Einschränkungen zum Einsatz kommen.  
Ein neues Level biologischer Systemmodelle   
Ziel der Systembiologie ist es, biologische Phänomene durch den Einsatz von rechnerischer und mathematischer Modellierung vorherzusagen. Für die Berechnung der Effekte zellularer Funktionen werden hoch detaillierte Computermodelle konstruiert, um Trends zu identifizieren, während mathematische Modelle die Interaktionen von Komponenten genau berechnen, um das Systemverhalten vorherzusagen.

Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass diese Modelle reale Bedingungen widerspiegeln müssen, indem sie physikalisch-chemische Einschränkungen einbeziehen, um sie diagnostisch schlüssig zu machen. Allerdings kann die genom-skalige Entwicklung von ganzheitlichen, detaillierten und zuverlässigen Computermodellen unter Einbeziehung von physikalisch-chemischen Einschränkungen nur mit präzisen automatisierten Methoden erreicht werden.

Das EU-finanzierte Projekt AMBICON (Automated multi-level modelling of biological systems considering physico-chemical constraints) war eine internationale Kooperation zwischen der University of California, San Diego in den USA und der Universität Tübingen, Deutschland und nahm sich dieser Herausforderung an. Ziel war es, neue Rechenmethoden zu entwickeln, mit denen sich biologische Systeme auf allen Ebenen modellieren lassen.

Die Projektpartner identifizierten und lösten die Grenzen von bestehenden Modelldarstellungsstandards und entwickelten eine neue Methode, um es Forschern zu ermöglichen, potenzielle bakterielle Transkriptionsfaktoren für gezielte Experimente zu identifizieren. Ein neuer modellbasierter Ansatz zeigte auch, dass es möglich ist, die minimale Proteinausrüstung von Bakterienzellen zu berechnen. Darüber hinaus produzierten die Wissenschaftler personalisierte Blutmodelle für mehrere Zelltypen.

Sie lieferten Beiträge zu einer neuen Visualisierungsmethode für metabolische Netzwerke sowie zur weitgehend aktualisierten und verbesserten Open-Source-Wissensbasis von Modellen mit dem Namen BiGG Models. Schließlich wurden die Ergebnisse dieses Projektes nicht nur in wissenschaftlichen Artikeln veröffentlicht, sondern auch über soziale Medien wie Blogposts, Twitter, Facebook und YouTube sowie auf internationalen Workshops und Konferenzen verbreitet.

Die AMBICON-Methodik ermöglicht es, ganze zellulare Systeme zu simulieren, was große Vorteile für die biotechnologische Produktion von Medikamenten und die Entwicklung personalisierter Medizin bringt.      

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

Zellen, physikalisch-chemische Einschränkungen, Systembiologie, Modelle, AMBICON 
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