Systemanalyse

Die Kommunikation in biologischen Systemen wie Zellen oder Geweben ist komplex und vielfältig: Um die Prozesse zu verstehen und abzubilden, müssen Wissenschaftler möglichst viele Komponenten dieser Systeme messen können. Deshalb konzentrieren sich die Arbeiten im Schwerpunkt Systemanalyse darauf, neue Untersuchungs- und Messkonzepte für solche komplexen Analysen zu entwickeln. 

Besonders die schwierige biologische Matrix stellt eine Herausforderung dar: Verschiedene Komponenten wie Eiweiße, Kohlenhydrate und Fette liegen in unter­schied­lichen Konzentrationen vor, die je nach Zelltyp stark schwanken können. Zum Beispiel treten manche Proteine mit mehreren Millionen Kopien pro Zelle auf, während andere nur zehn Kopien aufweisen. Es gibt auch Zellkomponenten, die noch seltener vorkommen oder nur sehr kurzlebig sind; gerade solche Komponenten spielen jedoch oft eine wichtige Rolle in biologischen Systemen, weil sie Teil des Signal­netzwerkes sind. Daher ist neben der rein qualitativen vor allem auch die quantitative Beschreibung biologischer Systeme von großer Bedeutung. 

Außerdem gibt es für viele Spurenkomponenten derzeit keine zufrieden­stellenden analytischen Verfahren, um sie in komplexen belebten Netzwerken aufzuspüren und zu analysieren. Für Proteine existiert bereits eine Reihe verschiedener Algorithmen zur Interpretation und kritischen Bewertung der Daten, doch für Metabolite und Fette sind die Strategien für die Datenanalyse noch nicht so ausgereift. 

Zusätzlich entwickeln die Forscher in diesem Themen­schwerpunkt miniaturisierte Untersuchungs­systeme. Solche Verfahren und Instrumente ermöglichen einen hohen Probendurchsatz bei reduzierten Kosten, da sie weniger Probenmaterial verbrauchen. Sie sind deshalb eine ideale Ergänzung zu Hochdurchsatz-Methoden in der Bioanalytik. Zudem ermöglichen Mikrosysteme eine ausgezeichnete räumliche und zeitliche Kontrolle von Prozessen auf engstem Raum – ganz ähnlich wie in einer Zelle.