Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bremer Physiker entwickeln neuen Algorithmus für komplexe Netzwerke

11.11.2004


Physiker der Universität Bremen haben einen neuen Algorithmus entwickelt, mit dem es möglich ist, komplexe Netzwerkstrukturen in Naturwissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft zu untersuchen. Es ist der erste Algorithmus, der es erlaubt, partiell Überschneidungen zwischen Gruppen zu detektieren. Die Anwendungen reichen vom Abbilden von Gruppen in sozialen und Kommunikationsnetzwerken, über die Analyse von Marktdaten und Käuferverhalten bis hinein in die Biologie. Ein Artikel der Bremer Wissenschaftler Professor Stefan Bornholdt und Jörg Reichardt ist jetzt online in der renommierten "Physical Review Letters" erschienen.



Werder Bremen ist der bekannteste Verein der Hansestadt. Aber natürlich gibt es in Bremen noch über 400 weitere Sportvereine sowie Vereine aller Art: von Skatspielern bis zu Kaninchenzüchtern. Damit nicht genug: Wissenschaftler schließen sich zu Vereinigungen zusammen, politische Aktivisten, Philatelisten, Kulturfreunden oder Religionsanhänger und und und.. . Die Aufzählung lässt sich beliebig fortsetzen. Bremen besteht - wie jede andere Stadt - aus einem sehr komplexen sozialen Netzwerk von Gruppen. Diese Gruppen wiederum haben unterschiedlich stark ausgeprägte Kontakte mit partiellen Überschneidungen. Es existiert also eine übergeordnete Organisationsstruktur, die nur mit extrem hohem empirischen Untersuchungsaufwand abgebildet werden kann. Selbst kluge Köpfe aus Mathematik oder Philosophie, die sich theoretisch mit dem Abbilden städtischer Sozialnetzwerkstrukturen beschäftigen, stehen vor großen (unlösbaren) kombinatorischen Problemen, um diese Struktur optimal zu erfassen. Doch jetzt ist es dem Uni-Team des Bremer Physikers Professor Stefan Bornholdt gelungen, das Problem zu lösen: Mithilfe eines neu entwickelten Algorithmus ist es möglich, nicht nur die oben beschriebene Gruppenstruktur, sondern auch die partiellen Überschneidungen zwischen verschiedenen Gruppen zu charakterisieren.

... mehr zu:
»Algorithmus »Biologie »Physik »Protein


Partielle Überlappungen von Gruppen

Die Wissenschaftler vom Institut für Theoretische Physik der Universität Bremen nutzen für ihr neues "Rechenschema" eine Analogie zur statistischen Physik magnetischer Materialien. Sie erkannten, dass das kombinatorische Optimierungsproblem (für das Netzwerk der Stadt) und das Problem, den niedrigsten Energiezustandes eines magnetischen Materials aufzufinden, gleich war. Für das Lösen des letzteren Problems existieren bereits effiziente Methoden aus der statistischen Physik, die auch eine schnelle Lösung sicherstellen. Auf der Grundlage dieses Wissens und der Analogie-Erkenntnis entwickelten die Bremer Physiker Stefan Bornholdt und Jörg Reichardt den neuen Algorithmus mit der Besonderheit des Skalierens. Durch diese Skalierbarkeit eignet er sich nämlich zum Abbilden für Netzwerke von beliebiger Größe und beliebigen Überlappungen. Die Anwendungen für den neuen Algorithmus sind vielfältig: Sie reichen vom Auffinden von Gruppen in sozialen und Kommunikationsnetzen, über die Analyse von Marktdaten und Käuferverhalten bis hinein in die Biologie. So kann (auch) an Antworten auf Fragestellungen gearbeitet werden, die für das Begreifen gesellschaftlicher Realität von Bedeutung sind.

Ein Problem aus der Biochemie

Wie sehen Anwendungen beispielsweise in der Biologie aus? Dazu ein komplexes Problem aus der Biochemie: Proteine sind für das Leben von essentieller Bedeutung. Um ihre biologische Funktion erfüllen zu können, müssen die aus bis zu mehreren hundert Bausteinen zusammengesetzten Makromoleküle sich jedoch in eine bestimmte stabile dreidimensionale Struktur falten. Dabei kann es vorkommen, dass ein Protein sich auch in mehrere verschiedene stabile Strukturen falten kann, um unterschiedliche Funktionen zu erfüllen. Obwohl schon viel über die fertig gefalteten Proteinstrukturen bekannt ist, ist der genaue Ablauf des Faltungsvorgangs selbst bisher noch weitgehend ungeklärt. Insbesondere die Art und Weise, auf der sich ein bestimmtes Protein von einer Struktur in eine andere faltet, ist noch weitgehend unbekannt. Einen Schritt zur Lösung dieses Problems bietet der Bremer Algorithmus. Dabei wird von einem bestimmten Protein-Faltungsnetzwerk (nach dem Modell von Rao und Caflisch) ausgegangen. Die beiden Biologen simulierten ein Protein nicht bei Körpertemperatur, sondern bei dessen Schmelzpunkt, wodurch alle möglichen Faltungszustände angenommen werden können. Diese simulierten "Konformationen" (Übereinstimmungen) bilden nun ein Netz, in dem die Knoten einen bestimmten Faltungszustand darstellen und die Verbindungen zwischen ihnen die direkte zeitliche Aufeinanderfolge zweier Zustände darstellen. Stabile und metastabile Faltungen lassen sich dann als Gruppen in diesem Netzwerk identifizieren, da zwischen ähnlichen Faltungszuständen mehr Übergänge stattfinden, diese Knoten also untereinander stärker verbunden sind als mit dem Rest des Netzwerks. Knoten, die vom Algorithmus mehreren Gruppen zugeordnet werden, können aufgrund gerade dieser Tatsache als mögliche Übergangszustände identifiziert werden. Damit kommt man dem Ziel, den Vorgang der Proteinfaltung im Detail besser zu verstehen, einen Schritt näher.

Ein Artikel zum neuen Algorithmus ist am 11. November 2004 online in der renommierten "Physical Review Letters" erschienen.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Physik/Elektrotechnik
Institut für Theoretische Physik

Prof. Dr. Stefan Bornholdt
Tel. 0421 218 8198
E-Mail: bornholdt@itp.uni-bremen.de

Jörg Reichardt
Tel: 0421 218 3195

Angelika Rockel | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bremen.de

Weitere Berichte zu: Algorithmus Biologie Physik Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten