Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstlernendes Computerprogramm analysiert Zellteilungsprozesse

29.05.2012
Daniel Gerlich, Biologe am IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie, entwickelte eine neue Methode, bei der mikroskopische Bilder vollautomatisch und ohne jede menschliche Unterstützung analysiert und ausgewertet werden können. Die neue Technik wird kommenden Sonntag im wissenschaftlichen Journal „Nature Methods“ vorgestellt.
In der modernen Biologie ist die automatische Aufnahme von Mikroskop-Bildern längst Standard. Dabei können pro Experiment mehrere Millionen Bilder entstehen. Diese werden danach analysiert und beurteilt, damit sinnvolle Aussagen getroffen werden können. Computer helfen bei der Analyse der Daten. Allerdings mussten die Wissenschaftler bisher genaue Kriterien vorgeben, nach denen der Computer die Daten sortiert. Diesen Ansatz nennt man „Supervised Machine Learning“.

Macht der Computer bald alles allein?

Daniel Gerlich, Senior Gruppenleiter am IMBA, ist ein Pionier auf dem Gebiet der automatisierten Mikroskopie lebender Zellen. Jetzt entwickelte er mit seinem Team eine neue Methode, bei der die Kategorisierung durch einen Wissenschaftler nicht mehr notwendig ist. Beim sogenannten „Unsupervised Machine Learning“ erkennt der Computer selbst, wie die Kriterien aussehen müssen, nach denen Bilder zugeordnet werden können.

Die beiden größten Vorteile der neuen Methode ohne menschlichen Einfluss sind die höhere Objektivität und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Die Zeitersparnis spielt ebenfalls eine Rolle. „Der Biologe wird natürlich auch in Zukunft gebraucht, aber statt monoton Bilder auszuwerten kann er sich seinen eigentlichen Aufgaben zuwenden, wie Hypothesen aufzustellen oder Experimente zu designen,“ stellt Gerlich klar.

Daniel Gerlich bearbeitet mit der neuen Technik unter anderem das Thema Zellteilung. „In unserem Experiment haben wir dem Computer nur vorgegeben, dass er die Teilung der Zelle in sechs Phasen unterscheiden soll. Ohne unser weiteres Zutun erkannte das System die strukturellen Veränderungen der Zelle während des Teilungsprozesses und ordnete ähnlich aussehende Bilder den einzelnen Phasen zu.“

Berücksichtigung des Faktors „Zeit“ ist der Knackpunkt

Vorhergehende Versuche vollautomatisierter Zellerkennung wurden durch die hohe Variabilität der Zellstrukturen erschwert. Die von Gerlichs Arbeitsgruppe entwickelte Methode löst dieses Problem durch die Berücksichtigung der Zeitinformation. Das heißt, dass keine isolierten Bilder analysiert werden, sondern gefilmte Abläufe. Die gewonnen Ergebnisse sind dadurch sehr viel genauer als mit herkömmlichen Methoden. In der Studie, in der Gerlich die Teilung menschlicher Krebszellen beobachtete, konnten somit auch die feinen Übergänge zwischen den einzelnen Phasen der Teilung festgehalten werden. Die neue Methode ermöglicht daher detaillierte Untersuchungen von Defekten, die zum Entarten von Krebszellen führen können. „Erst die Zeitachse setzt die vielen einzelnen Datensätze in den richtigen Zusammenhang,“ ist Gerlich überzeugt. „Unsupervised Machine Learning“ wird dadurch zu einem wertvollen Werkzeug der modernen Zellbiologie.

Originalpublikation:
Qing Zhong, Alberto Giovanni Busetto, Juan Pablo Fededa, Joachim M. Buhmann and Daniel W. Gerlich. 2012. Unsupervised Modeling of Cell Morphology Dynamics for High-throughput Time-lapse Microscopy. Nature Methods.

Projekt des “Systems Microscopy Network of Excellence”, finanziert im Rahmen des 7. Rahmenprogramms für Forschung & Entwicklung (FP7) der Europäischen Union.

Daniel Gerlich:
Daniel Gerlich verbindet in seiner Forschung biologische Fragestellungen mit modernen Computertechnologien. Er ist Spezialist auf dem Gebiet der automatisierten Mikroskopie, die er u.a. für seine Studien zur Zellteilung nutzt. Nach seinem Postdoktorat am EMBL in Heidelberg war Gerlich für sieben Jahre Assistenzprofessor an der ETH in Zürich. Seit 2012 ist er Senior Gruppenleiter am IMBA.

IMBA:
Das IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie ist ein international anerkanntes Forschungsinstitut mit dem Ziel, molekulare Prozesse in Zellen und Organismen zu erforschen und Ursachen für die Entstehung humaner Erkrankungen aufzuklären. Unabhängige wissenschaftliche Arbeitsgruppen arbeiten an biologischen Fragestellungen aus den Bereichen Zellteilung, Zellbewegung, RNA-Interferenz und Epigenetik, ebenso wie an unmittelbaren medizinischen Fragestellungen aus den Gebieten Onkologie, Stammzellforschung und Immunologie. Das IMBA ist eine 100% Tochtergesellschaft der ÖAW. http://www.imba.oeaw.ac.at

ÖAW:
Die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist die führende Trägerin außeruniversitärer akademischer Forschung in Österreich. Die mehr als 60 Forschungseinrichtungen betreiben anwendungsoffene Grundlagenforschung in gesellschaftlich relevanten Gebieten der Natur-, Lebens- und Technikwissenschaften sowie der Geistes-, Sozial- und Kulturwissenschaften. http://www.oeaw.ac.at

Evelyn Devuyst | idw
Weitere Informationen:
http://www.oeaw.ac.at
http://www.imba.oeaw.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen
23.02.2017 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

nachricht Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt
23.02.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie