Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

Künstliche Intelligenz mit physikalischem Vorwissen soll biologische Vorgänge berechenbar machen

Dresdner Forschungsteam entwickelt Organoidmodell der nächsten Generation, um Lebererkrankungen besser zu verstehen

Forschungsteam zeigt, wie die Glykolyse frühe embryonale Zellentscheidungen beeinflusst

In Dresden entsteht ein neuer Forschungsbereich, der künstliche Intelligenz und Biomedizin verknüpft

Bewegungen und Neuanordnungen von Zellen spielen eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Gewebe

Auch in biologischen Systemen gilt die Physik. KI besitzt dieses Vorwissen jedoch meist nicht. Deshalb besteht die Gefahr, dass sie bei der Beschreibung von Organismen zu unsinnigen Ergebnissen kommt. Der Informatiker Ivo Sbalzarini und seine Forschungsgruppe entwickeln KI, die physikalische Gesetzmäßigkeiten in die Analyse biologischer Abläufe einbezieht und so Biologie und Mechanik miteinander verbindet. Auf diese Weise lässt sich herausfinden, wie Gene die Gestalt eines Gewebes beeinflussen. Auch könnten sich damit künftig Medikamente gezielter entwickeln lassen.

Als eine der jüngsten Direktorinnen in der Geschichte der Max-Planck-Gesellschaft leitet Meritxell Huch seit vergangenem Jahr ihre eigene wissenschaftliche Abteilung. Ihre Karriere war der Wissenschaftlerin nicht in die Wiege gelegt.

Jahrzehntelang interessierte sich niemand für die Bläschen, die Biologinnen und Biologen bei der Beobachtung von Zellen unter dem Mikroskop beobachteten. Cliff Brangwynne und Anthony Hyman vom Dresdner Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik gehören zu den ersten Forschern, die diese rätselhaften Phänomene näher untersuchten.

Symmetrie in der Natur hat Künstler und Architekten zu allen Zeiten inspiriert. Kein Wunder, gilt sie doch als Inbegriff für Schönheit. Das Erfolgsmodell schlechthin ist dabei die Spiegelsymmetrie.

Unsere Arbeitsgruppe am MPI-CBG in Dresden erforscht, wie einzelne Zellen in einer Gruppe zusammenwirken, um ein Organ zu bilden. Gemeinsam mit der Novo Nordisk Foundation an der Universität Kopenhagen haben wir eine spezielle Methode verwendet, um die Aktivität des Gens Neurogenin 3 und des Proteins, das es in menschlichen Bauchspeicheldrüsenzellen bildet, zu beobachten. Mit unserer Methode kann das dynamische Verhalten der Bauchspeicheldrüsenzellen mit den von ihnen exprimierten Genen verknüpft werden. Dadurch lässt sich besser verstehen, wie sich Zellen der Bauchspeicheldrüse entwickeln.

Unsere Arbeitsgruppe entwickelt chemische Sonden, mit deren Hilfe man die Funktion von Lipiden oder Fetten in Zellen untersuchen kann. Mithilfe dieser Moleküle lassen sich eine Reihe von grundlegenden Fragen in der Membranbiologie adressieren: Warum weisen biologische Membranen eine asymmetrische Lipidverteilung auf? Wie dirigiert die Zelle die strukturell extrem variablen Lipidmoleküle in die richtigen Organellen? Wie werden Lipide über Membrankontaktstellen bewegt? Und wie interagieren Lipide mit Proteinen in zellulären Signalkaskaden?

Unsere Arbeitsgruppe am MPI-CBG beschäftigt sich mit der Geweberegeneration. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Cambridge haben wir herausgefunden, dass ein regulierender Zelltyp, die mesenchymalen Zellen, die Regeneration der Leber aktivieren oder stoppen kann. Dies geschieht über die Anzahl der Kontakte mit den regenerierenden Zellen (Epithelzellen). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fehler im Regenerationsprozess, die zu Erkrankungen führen können, durch eine fehlerhafte Anzahl von Kontakten zwischen beiden Zelltypen verursacht werden.

Ziel unserer Arbeit ist es, zelluläre Prozesse mittels synthetisch gebauter Systeme zu rekonstruieren. Gemeinsam mit dem MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) entwickelten wir eine minimal komplexe synthetische Zelle, die im Vergleich zur biologischen Zelle ein einfacheres System darstellt. Dieses regulierbare synthetische System eröffnet neue und spannende Möglichkeiten, um grundlegende Fragen zur Koordination komplexer biologischer Prozesse zu beantworten.

Eine zentrale Frage der Genetik und Evolutionsbiologie ist: Welche Unterschiede im Genom führen zu charakteristischen Merkmalen bestimmter Spezies? Dazu entwickelt unsere Forschungsgruppe computerbasierte Methoden, um in vergleichenden Analysen funktionale Unterschiede in Genomen aufzuspüren. Wie jüngste Ergebnisse zeigen, kann der Verlust von Genen während der Evolution manchmal von Vorteil sein. Unsere Untersuchungen tragen dazu bei, besser zu verstehen, wie die große Vielfalt der Natur im Laufe der Evolution entstehen konnte.