SFB 618:  Theoretische Biologie: Robustheit, Modularität und evolutionäres Design lebender Systeme

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Chemie
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5485271

Zentrales Ziel des Sonderforschungsbereichs ist die Entwicklung von theoretischen Konzepten, mathematischen Modellen und Methoden der Datenanalyse, mit denen "Designprinzipien" lebender Systeme sichtbar gemacht und in ihrer funktionellen Bedeutung analysiert werden können. Hierzu untersuchen Theoretiker und Experimentatoren in aufeinander abgestimmten Kooperationsprojekten die Struktureigenschaften von zellulären Signalwegen, regulatorischen und neuronalen Netzwerken sowie organismischen Interaktionen. Projektübergreifend soll langfristig in einer vergleichenden Studie aufgezeigt werden, wie das Problem der Robustheit und Anpassungsfähigkeit von lebenden Systemen gelöst wird, welche Rolle die Modularität rückgekoppelter Systeme dabei spielt und welchen Einschränkungen die Evolution von Robustheit, Anpassungsfähigkeit und Modularität unterliegt.
Die konkreten Einzeluntersuchungen gelten verschiedenen Komponenten des Nerven-, Immun- und Reproduktionssystems sowie der Regulation von Zelldifferenzierung und Genexpression. Ein Teil der Projekte befasst sich gezielt mit der Genese pathologischer Zustände, an denen sich Grenzen der Robustheit lebender Systeme aufzeigen lassen. Betrachtet werden in diesem Zusammenhang degenerative Erkrankungen des Nervensystems wie Chorea Huntington, Modulationen der Immunantwort durch parasitäre Nematoden und Eingriffe in das Reproduktionssystem von Wirten durch intrazelluläre Bakterien. In datenanalytischer Hinsicht gilt ein wesentliches Augenmerk des Sonderforschungsbereichs der Auswertung von Genexpressionsmustern und neuronalen Aktivitätszuständen. Insgesamt sollen neue Wege aufgezeigt werden, wie Biologie und Medizin mit Hilfe theoretischer Untersuchungen von der zunächst "erdrückenden" Datenflut profitieren können, die die Lebenswissenschaften dem Erfolg ihrer modernen experimentellen Techniken verdanken.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Korrelation zwischen regulatorischen DNA-Sequenzen und Genexpressionsdaten anhand der vergleichenden Analyse nicht-kodierender Sequenzen von Mensch und Maus (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Sers, Christine ;  Vingron, Martin )
• A02 - Charakterisierung der Fitnesslandschaft von Aminosäuresequenzen durch eine theoriegestützte Untersuchung von Peptid-Proteinwechselwirkungen mitels molekularer Bibliotheken (Teilprojektleiter Frömmel, Cornelius ;  Schneider-Mergener, Jens ;  Volkmer, Rudolf )
• A03 - Modellierung von Signalketten - der Einfluss des Ras-Signalwegs auf Zielgene (Teilprojektleiter Blüthgen, Nils ;  Schäfer, Reinhold )
• A04 - Die Rolle der circadianen Uhr für Tumorentstehung/-progression (Teilprojektleiter Herzel, Hanspeter ;  Kramer, Achim )
• A05 - Verständnis der biologischen Funktion von menschlichen Proteinen mit HEAT-repeats (Teilprojektleiter Andrade-Navarro, Ph.D., Miguel ;  Wanker, Erich E. )
• B01 - Partnerwahl bei Heuschrecken: Auswirkungen physiologischer und evolutionärer Randbedingungen auf die neuronale Verarbeitung akustischer Kommunikationssignale (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Ronacher, Bernhard ;  Schreiber, Susanne )
• B02 - Kontextabhängige Signalverarbeitung im visuellen System (Teilprojektleiter Obermayer, Klaus )
• B03 - Synaptische Leitfähigkeiten während "sharp wave-ripple" Komplexen (Teilprojektleiter Brecht, Michael ;  Kempter, Richard ;  Schmitz, Dietmar )
• B04 - Hochfrequente (600 Hz) Komponenten im nicht-invasiven Primaten-EEG: Analyse und Modellierung der Submillisekunden-Kohärenz kortikaler Reiz-evozierter "population spike bursts" (Teilprojektleiter Curio, Gabriel ;  Kempter, Richard )
• B06 - Von sensorischer Repräsentation über Merkmalsextraktion in wenigen Verarbeitungsschritten zur akustischen Objekterkennung (Teilprojektleiter Hennig, Ph.D., Matthias ;  Nawrot, Martin Paul )
• B07 - Die Rolle von Glutamatrezeptorlokalisierung bei der Integration von Kurz- und Langzeitgedächtnis (Teilprojektleiter Herzel, Hanspeter ;  Sigrist, Stephan J. )
• C01 - Manipulation von Wirtsorganismen durch parasitäre Endosymbionten: Zusammenführung proximater und ultimater Ansätze (Teilprojektleiter Hammerstein, Peter )
• C02 - Eingriffe von Parasiten in das Immunsystem ihrer Wirte (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Hammerstein, Peter ;  Hartmann, Susanne ;  Lucius, Richard )
• C03 - Dynamik des immunologischen Gedächtnisses (Teilprojektleiter Höfer, Thomas ;  Löhning, Max ;  Radbruch, Andreas )
• C04 - Struktur, Dynamik und evolutionäre Optimierung zellulärer Reaktionsnetzwerke (Teilprojektleiter Heinrich, Reinhart )
• C06 - Erregung als Störung der osmotischen und energetischen Homöostase neuronaler Zellen: Implikationen für robustes Netzwerkverhalten (Teilprojektleiter Holzhütter, Hermann-Georg ;  Kann, Oliver )
• C07 - Mathematische Modellierung von Wechselwirkungen im Membranlipid-Metabolismus des Parasiten Toxoplasma gondii und seiner humanen Wirtzelle als Grundlage für die Ableitung von allgemeinen Prinzipien der Wirt-Parasit-Beziehung (Teilprojektleiter Gupta, Nishith ;  Holzhütter, Hermann-Georg ;  Lucius, Richard )
• C08 - Theoretische Vorhersage von Wirkorten in biologischen Netzwerken (Teilprojektleiterin Klipp, Edda )
• Z - Projektübergreifende Kommunikation, zentrale Dienste und Verwaltung (Teilprojektleiter Hammerstein, Peter )

• Antragstellende Institution: Humboldt-Universität zu Berlin
• Beteiligte Hochschule: Freie Universität Berlin; Technische Universität Berlin
• Beteiligte Institution: Charité - Universitätsmedizin Berlin; Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ); Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin (DRFZ); Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC); Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (MPIMG)
• Sprecher: Professor Dr. Peter Hammerstein