Datenanalyse, Methoden und Modellierung in den Life Sciences

Blätter Blätter

© Daniel Hackenberg

Blätter

© Daniel Hackenberg

Ein zunehmend wichtiger Aspekt der ZIH-Forschung in diesem Bereich ist die Entwicklung von Algorithmen für die Modellierung biologischer Prozesse in Zellen, Geweben und Organen. Folgen diese komplexen, kooperativen Prozesse etablierten "Regeln", wächst der Organismus, entwickelt sich und bleibt gesund. Sind diese Prozesse jedoch gestört oder folgen nicht dem erwarteten Muster, kann der Organismus erkranken oder sterben. Das Verständnis der kollektiven Phänomene dieser Systeme kann Hinweise für die Prävention und Behandlung von Krankheiten liefern.

Der Schwerpunkt der Wissenschaftler am ZIH liegt nicht auf den statischen Komponenten der Zelle selbst, sondern auf der Modellierung der dynamischen Prozesse. Die Modellierung solcher "zellulären Automaten" oder Sets von interaktiven Systemen, bildet eine wichtige und anspruchsvolle Schnittstelle zwischen angewandter Mathematik und Biologie. Die Grundlage für diese Modelle bilden umfangreichen Daten und Mikroskopiebilder aus Laborexperimenten mit Mikroorganismen, Zellkulturen und in vivo Gewebestrukturen sowie aus der klinische Behandlung von Patienten.

Für die Entwicklung genauer Modellierungsalgorithmen zur Unterstützung biologischer Studien ist ein interdisziplinäres Vorgehen im Miteinander von Mathematik, Physik und Informatik erforderlich. Dazu arbeitet das ZIH-Team seit Jahren eng mit Forschern der Dresdner Max-Planck-Institute für Physik komplexer Systeme  sowie für Molekulare Zellbiologie und Genetik und weiterer Institute in Dresden und darüber hinaus zusammen. Diese Zusammenarbeit ist getrieben durch die Notwendigkeit von Modellierungswerkzeugen, die dabei helfen, komplexe Systeme zu analysieren sowie durch die jeweiligen Forschungsfragen und Ansätze der verschiedenen Institute.

Mehr Informationen in englischer Sprache unter: http://imc.zih.tu-dresden.de/imc/

Aktuelle Schwerpunkte und Projekte

  • Modellierung des Gallenflusses (DYNAFLOW) [mehr]
  • Systemmedizin der Leber (LiSyM) [mehr]
  • Kollektive Bewegung und Schwarmbildung [mehr]
  • Stochastische Prozesse, interagierende Zellsysteme und zelluläre Automaten [mehr]
  • Tumorentwicklung [mehr]
  • Endozytose und Systembiologie [mehr]
  • Räumlich-zeitliche Strukturbildung in Zellen und Geweben [mehr]
  • Regeneration [mehr]
  • Morphogenese des Knochen [mehr]

Abgeschlossene Projekte

  • Virtuelle Leber [mehr]
  • Entwicklung und Testen paralleler Algorithmen zur Simulation von interagierenden Zellsystemen
  • Simulationsanalysen zum Einfluss von Metabolismus und externen Wachstumsfaktoren auf die räumliche Strukturbildung von Hefen
  • Modellierung und Analyse von Fluktuationen und Konkurrenz zwischen Subpopulationen hematopoetischer Stammzellen
  • Simulation und Analyse der Dynamik von Oberflächenproteomen bei der Hämatopoiese
  • Modellierung und Simulation der Bildung von Pigmentmustern
  • Modellierung und Theorie in den Biowissenschaften (MTBio)
  • Wachstum und Strukturbildung von Korallen [more]
  • Biologisch inspirierte Lösungen für komplexe Kommunikationsnetzwerke [more]

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Letzte Änderung: 27.02.2017