Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gesamter Stoffwechsel eines Bakteriums simuliert

30.07.2012
Forscher erstellen Computermodell von Mycoplasma genitalium

Wissenschaftlern der Stanford University ist es erstmals gelungen, einen kompletten Organismus im Computer zu simulieren. Dazu haben die Forscher 900 wissenschaftliche Arbeiten über das Bakterium Mycoplasma genitalium (MG) studiert und 1900 experimentell nachgewiesene Vorgänge in der Zelle identifiziert. Mit 28 Algorithmen, die jeweils ein Software-Modul steuern, das einen biologischen Prozess modelliert, konnten die Wissenschaftler die Funktionsweise der 525 Gene von MG in einer Simulation darstellen.


Myxoplasma genitalium: simuliert (Foto: cc microbiologyglossary.wikispaces.com)

Fast echt

"Die 28 Module kommunizieren nach jedem Schritt der Simulation miteinander, was ein Ganzes ergibt, das dem realen Verhalten von MG sehr nahe kommt", heißt es in einer Presseaussendung. Längerfristig hoffen die Forscher auch andere Organismen wie E. coli am Computer modellieren zu können. MG eignet sich besonders gut für die Simulation, weil es das kleinste bekannte Genom aller in freier Wildbahn vorkommenden Organismen hat. Das Bakterium lebt im menschlichen Genitaltrakt und Atemwegen und spielt eine Rolle bei manchen Entzündungen.

Durch die Simulation von Organismen erhoffen sich Wissenschaftler in Zukunft Änderungen simulieren zu können, ohne sie mühselig tatsächlich im Labor an lebenden Versuchsobjekten durchzuführen. Längerfristig ist sogar ein Entwerfen von Organismen am digitalen Reißbrett denkbar.

"Die langfristigen Anwendungen von Computermodellen sind unter anderem die Simulation von Stoffwechselerkrankungen und deren Therapien. Bei Produktionsorganismen könnten potenziell leistungssteigernde Eingriffe ohne aufwendige Laborversuche getestet werden", erklärt Michael Ederer vom Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart http://www.isys.uni-stuttgart.de gegenüber pressetext.

Große Datenmengen

Die zu verarbeitende Datenmenge für die Simulation ist groß. Die Komplexität höherer Organismen übersteigt die derzeitigen Möglichkeiten noch. Schon E. coli ist mit 4.288 Genen erheblich komplizierter aufgebaut als MG. "Derzeit werden hauptsächlich Teilaspekte des Stoffwechsels von Organismen und einzelne Signalwege in der Zelle simuliert. In den nächsten Jahren und Jahrzehnten werden Berechnungen für immer größere Systeme möglich", so Ederer.

Vor allem das Zusammenspiel der einzelnen Vorgänge stellt die Forscher noch vor Probleme. "Die Komplexität der Stoffwechselvorgänge ist hoch. Es existieren vielfältige regulatorische Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Stoffwechselpfaden. Gerade die Wechselwirkungen sind teilweise nicht ausreichend experimentell charakterisiert. Zum Beispiel, kann die Produktion eines Stoffes in einem Stoffwechselpfad die Produktion in einem anderem Stoffwechselpfad aktivieren oder behindern.", beschreibt Ederer. Je besser die Computer werden, desto höher ist auch die mögliche Komplexität der Modelle.

"Der Fortschritt bei den Rechenkapazitäten ist wichtig für das Feld. Noch vor wenigen Jahrzehnten konnten lediglich sehr kleine Modelle erstellt werden. Große Modelle benötigen auch heute noch einen Rechencluster", so Ederer. Bis menschliche Zellen komplett simuliert werden oder gar neue Organismen entworfen werden können, wird es aber noch lange dauern.

Markus Keßler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.stanford.edu
http://bit.ly/MuvMOn

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Wie Coronaviren Zellen umprogrammieren
28.04.2017 | Justus-Liebig-Universität Gießen

nachricht Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden
26.04.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie