Kontakt

Fred Wolf
Telefon: +49 551 5176-423
Fax: +49 551 5176-439

Big Data in den Lebenswissenschaften der Zukunft

VolkswagenStiftung fördert Forschungsvorhaben von Prof. Dr. Fred Wolf (MPIDS) und Prof. Dr. Michael Wibral (Universität Göttingen)

18. Juni 2019

Prof. Dr. Fred Wolf vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) und Campus Institut für Dynamik biologischer Netzwerke (CIDBN) der Universität Göttingen und Prof. Dr. Michael Wibral, Abteilung Datengetriebene Analyse biologischer Netzwerke, CIDBN der Universität Göttingen erhalten gemeinsam mit einem Team aus WissenschaftlerInnen der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) Fördermittel der VolkswagenStiftung in Höhe von knapp einer Million Euro über drei Jahre zur digitalen Ausrichtung der Lebenswissenschaften.
Im Verlauf der Embryonalentwicklung (links) bilden sich alle Organe und Gewebe des Organismus aus einer einzigen befruchteten Eizelle in einer verwickelten Abfolge von Zellteilungen, Zellwanderungen und Formveränderungen. Die embryonalen Zellen tauschen dabei mechanische Signale aus, die auch die Umsetzung genetischer Anweisungen koordinieren (rechts; Desoxyribonukleinsäure, DNS). Die hiermit verknüpften Informationsflüsse stehen im Mittelpunkt des Vorhabens. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen langfristig zur Entwicklung von stammzellbasierten medizinischen Therapien und Diagnostika beitragen. Abbildung der Stadien der Embryonalentwicklung von Drosophila (links), modifiziert aus Chhetri et al. 2015 Bild vergrößern
Im Verlauf der Embryonalentwicklung (links) bilden sich alle Organe und Gewebe des Organismus aus einer einzigen befruchteten Eizelle in einer verwickelten Abfolge von Zellteilungen, Zellwanderungen und Formveränderungen. Die embryonalen Zellen tauschen dabei mechanische Signale aus, die auch die Umsetzung genetischer Anweisungen koordinieren (rechts; Desoxyribonukleinsäure, DNS). Die hiermit verknüpften Informationsflüsse stehen im Mittelpunkt des Vorhabens. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen langfristig zur Entwicklung von stammzellbasierten medizinischen Therapien und Diagnostika beitragen. Abbildung der Stadien der Embryonalentwicklung von Drosophila (links), modifiziert aus Chhetri et al. 2015 [weniger]

Die Entwicklung, Heilung und Regeneration menschlicher Gewebe und Organe wird durch dynamische Prozesse bestimmt, die auf der Aktivität einzelner Zellen beruhen und über mechanische und chemische Signale zwischen Gewebe und Organen koordiniert werden. Die Transformation von Geweben und Organen in sich entwickelnden Systemen in vivo (im Reagenzglas) und die Bildung und Differenzierung von stammzellbasierten Kulturen und Organoiden in vitro (im lebenden Organismus) resultiert aus einem komplexen Zusammenspiel von proliferierenden, sich bewegenden und differenzierenden Zellen. Diese Zellen bilden einerseits durch ihre mechanische Aktivität die komplexe multizelluläre Architektur des Systems, und verändern und modifizieren gleichzeitig ihre Genexpressionsprofile dynamisch. Fortschritte in der Stammzell- und Organoid-Technologie haben neue Perspektiven in der regenerativen und individualisierten Medizin eröffnet. Das Verständnis der Wechselbeziehungen zwischen mechanischer Zellaktivität und Genexpression ist dabei wesentlich für die Entwicklung und Optimierung von stammzellbasierten medizinischen Therapien und Diagnostika, gegenwärtig jedoch noch beschränkt

In der Initiative um die Professoren Wolf und Wibral arbeiten WissenschaftlerInnen aus Informationstheorie, Theoretischer Neurowissenschaft, Transkriptomik sowie Zell- und Entwicklungsbiologie zusammen, um erstmals Bildgebungs- und Expressions-Daten zu kombinieren und so die Zusammenhänge zwischen der Genexpression einzelner Zellen und dem Verhalten von Zellverbünden zu verstehen. Ziel ist die Automatisierung der dynamischen Geweberekonstruktion aus großflächigen Live-Bildgebungsdaten mittels Deep-Learning, um Einzelzellen an Schlüsselstellen des Embryos in Echtzeit identifizieren und transkriptomisch analysieren zu können. Das entwickelte Verfahren soll für die lebenswissenschaftliche Forschung optimiert und standardisiert, und für eine Pionierstudie zu den molekularen Grundlagen dynamischer Zell-Zell-lnteraktionen eingesetzt werden.

Koordinatoren des Projekts „Deep-Learning Methoden für Assoziationsstudien der transkriptomischen und systemischen Dynamik in morphogenetisch aktiven Geweben“ sind Prof. Dr. Fred Wolf und Prof. Dr. Michael Wibral, deren Expertise im Bereich der neuronalen Netzwerke, probabilistischen Datenanalyse und Theorie dynamischer Systeme mit der im Bereich der molekularen Zell- und Entwicklungsbiologie von Prof. Dr. Jörg Großhans aus der Entwicklungsbiochemie der UMG und Dr. Gabriela Salinas-Riester als Leiterin des Transkriptomanalyselabors der UMG gebündelt wird.

Am Standort Göttingen waren im Rahmen der Ausschreibung „Big Data in den Lebenswissenschaften der Zukunft“ des Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur (MWK) und der VolkswagenStiftung insgesamt vier Sprecherteams erfolgreich. Unter den 16 geförderten innovativen Forschungsprojekten aus insgesamt 54 eingereichten Anträgen sind neben der Forschergruppe aus der Georg-August-Universität Göttingen in Kooperation mit dem MPIDS, zwei Forschungsgruppen aus der UMG und eine aus dem Deutschen Primatenzentrum. Die Mittel stammen aus dem Niedersächsischen Vorab der VolkswagenStiftung. Die Gesamtfördersumme für alle 16 ausgewählten Projekte liegt bei rund 18 Millionen Euro.

 
loading content
Zur Redakteursansicht