Symbolische Methoden für biologische Netzwerke

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Klein, seit 4/2020; Professor Dr. Andreas Schuppert; Professor Dr. Werner M. Seiler; Professor Dr. Sebastian Walcher
• Fachliche Zuordnung: Mathematik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Theoretische Informatik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391322026

Die Modellierung der Dynamik von Netzwerken ist eine Schlüsselherausforderung in der Systemmedizin und allgemeiner in der Systembiolgie. Derzeit angewandte numerische Methoden sind unter anderem durch Parameterunbestimmtheit, Instabilität, und dem ``Fluch der Dimensionen'' eingeschränkt. Wir schlagen neue Methoden zur symbolischen Analyse vor, die diese Einschränkungen überwindet und sogar ein vollständig neues Paradigma etabliert, indem das Denken über einzelne Instanzen über ein Denken in Größenordnungen ersetzt wird. Entsprechende Computeralgebra-Probleme sind zwar NP-schwer, Experimente deuten aber darauf hin, dass diese für biologische Netze zugänglich sein könnten. Wir konnten schon zeigen, dass Komplexitäts-Parameter wie die Baumweite oder die Anzahl verschiedener meta-stabiler Bereiche nur langsam mit der Größe der Modelle, die in biologischen Datenbanken vorhanden sind, wachsen. Wir werden diese Beobachtungen nutzen, um herausfordernde Probleme in der Netzwerkanalyse zu lösen, u. a. der Bestimmung von Parameterbereichen für die Existenz und Stabilität von Attraktoren, Modellreduktion und hybrider Netzwerkmodellierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Dr. Satya Swarup Samal, Ph.D.
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Thomas Sturm
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Andreas Weber, bis 4/2020 (†)