Biologische Forschung für Big Data rüsten
Das Projekt DEVCOM schulte eine Gruppe von Nachwuchsforschern in den Bereichen Entwicklungsbiologie und Bioinformatik. Die Entwicklungsbiologie befasst sich u. a. mit der Entstehung eines vollständigen Organismus aus einer einzelnen befruchteten Eizelle oder der Differenzierung von Zellen zu spezialisierten Haut- oder Augenzellen. "Die Menge an gesammelten Daten nimmt für alle Bereiche der Wissenschaft exponentiell zu", erklärt Projektkoordinator Dr. Gert Jan Veenstra, Professor für Molekulare Entwicklungsbiologie an der Universität Radboud in den Niederlanden. "Mithilfe dieser großen Datenmengen können wir Vorgänge in einem Maße beobachten und auswerten, die uns mit wenigen Messungen verborgen blieben." Big Data - eine neue Ära Die Verarbeitung von Big Data in der Entwicklungsbiologie eröffnet Möglichkeiten, das Zellverhalten im Ganzen zu untersuchen und nicht nur auf der Ebene einzelner Moleküle zu forschen. Mit Hightech-Innovationen wie Sequenzierungstechnologien können inzwischen auch genomweite Analysen des Zellverhaltens erfolgen. Das Problem ist allerdings, dass sich diese Datenmengen nicht mehr in Tabellenform auswerten lassen: vielmehr müssen Scripting, Befehlszeilen-Tools und maschinelles Lernen für die Datenanalyse beherrscht werden. Um diese Tools in ganzem Umfang nutzen zu können, müssen Biologen die nötige Computerexpertise besitzen. "Dass Millionen von Datenpunkten erfasst werden müssen, ist immer noch eine Herausforderung für die Entwicklungsbiologie", verdeutlicht Veenstra. "Die Daten, die für die Durchführung aller Messungen benötigt werden, sind zu umfangreich für einen Laptop. Voraussetzungen sind daher eine vollständige IT-Infrastruktur und umfassende Kenntnisse in Computerbiologie." Kompetenzen für künftige Forschungen Und genau hier setzt das Projekt DEVCOM an. Mit EU-Fördermitteln wurde ein Schulungsprogramm für 12 Doktoranden und zwei erfahrene Forscher an acht Partnerinstitutionen in fünf Ländern erarbeitet. Jeder maßgeschneiderte Plan umfasste Arbeitssitzungen, Vernetzungsmöglichkeiten und Workshops. Den Teilnehmern wurde technische Expertise in Embryonalentwicklung und -anatomie, Genomsequenzierung und Sequenzkonservierung sowie Massenspektrometrie, Informatik und computergestützter Modellierung vermittelt. "Das Trainingsprogramm kombiniert Bioinformatik und Entwicklungsbiologie", sagt Veenstra. "In den interdisziplinären wie auch fachübergreifenden Workshops wurden die Nachwuchsforscher mit Unternehmertum und Geschäftswelt vertraut gemacht." Neben maßgeschneiderten Ausbildungsmodulen arbeitete jeder Wissenschaftler zu einem spezifischen Forschungsziel. "Das Wichtigste aus unserer Sicht war dabei der Lerneffekt, der durch diese Zielvorgaben erreicht wurde", sagt Veenstra. Doch wurden auch Durchbrüche in der eigentlichen Forschung gemacht. So enthüllte ein Forscher einen bei der Zelldifferenzierung aktivierten Schlüsselmechanismus, über den sich die Forschung seit Jahren unschlüssig war. "Bioinformatik war der Schlüssel zur Lösung dieses Problems", sagt Veenstra. "Die Forscher können in hohem Maße von der Kombination bioinformatischer und biowissenschaftlicher Kompetenzen profitieren: sie können ihre Experimente selbst besser planen und die eigenen Ergebnisse genauer auswerten. Wichtig ist vor allem, mögliche Zielvorgaben genauer ausloten zu können." Veenstra zufolge hat das Ende August 2017 abgeschlossene vierjährige DEVCOM-Projekt ganz klar die Bedeutung interdisziplinärer Ausbildungsnetzwerke verdeutlicht. Biologen Kompetenzen zur Auswertung von Big Data zu vermitteln, ist eine wichtige Investition in die Zukunft und wird dazu beitragen, Europa an die Spitze der Genomforschung zu setzen. Damit können dann künftig auch neue regenerative Strategien für Zellen und Gewebe entwickelt werden. "Das Projekt hat vor allem gezeigt, dass es zwar anstrengend ist, verschiedene Bereiche zusammenzubringen, aber es sich auch in hohem Maße lohnt", sagt Veenstra. "Man bekommt weit mehr heraus, als man investiert."
Schlüsselbegriffe
DEVCOM, Big Data, Biologe, Computer, Biowissenschaften, Zellen, Universität Radboud, Entwicklungsbiologie
