Wir befassen uns mit medizinisch biologischen Forschung. Daher ist es für uns wichtig in diesen Bereichen Mitarbeiter einzusetzen, die dieses Fachwissen aus dem Studium, Promotion und Berufsleben mitbringen und mit den Kenntnissen der Informatik verbinden.
Hier einige Themen, die wir behandeln.
Biotechnologie
Bios - Das Leben, techne - Die Kunst, logos - Die Lehre. Die Biotechnologie als Sammelbegriff der Wissenschaft von den Verfahren rund um die lebende Materie umfasst ein ausladendes Spektrum an Themen, Methoden und Organismen.
Nicht nur die Biologie selbst, auch die Erkenntnisse und Errungenschaften aus der Physik, der Chemie, der Verfahrenstechnik, den Materialwissenschaften und in zunehmendem Maße der Informatik tragen ihren Anteil zu biotechnologischen Entwicklungen bei.
Diese betreffen die Manipulation von Bakterien, von Zellen aus Pflanzen, Pilzen und aus tierischem Gewebe, aber auch von Viren (als nicht-lebende Gruppe). Die Gesamtheit aller Gene eines Organismus (das Genom), die Gesamtheit all seiner Proteine (das Proteom) und die Gesamtheit all seiner Transkripte (das Transkriptom) mit ihren Funktionen und Interaktionen sind der Gegenstand der Untersuchung und der Ankerpunkt für die Erzeugung und Verbesserung von Produkten, die dem Fortschritt des menschlichen Wohlstands und der Nachhaltigkeit dienen sollen.
Von den Anfängen, wie zum Beispiel der Fermentation von Lebensmitteln und Genussmitteln, über Meilensteine, wie die Herstellung von Antibiotika oder die Entschlüsselung des genetischen Codes, bis hin zu modernsten Techniken der Gen-Sequenzierung im Zusammenspiel mit Algorithmen aus der Bioinformatik, hat die Entwicklung der Biotechnologie verschiedenste Richtungen eingeschlagen. Die drei großen Hauptbereiche gliedern sich in Landwirtschaft (Grüne Biotechnologie), Industrie (Weiße Biotechnologie) und Medizin (Rote Biotechnologie) .
In der Landwirtschaft stellt die umstrittene genetische Veränderung von Nutzpflanzen das zentrale Thema dar. Die Optimierung des Ertrags durch die Züchtung widerstandsfähiger und hochwertiger Sorten soll zur Lösung des Welternährungsproblems beitragen.
Die Industrie nutzt die enzymatische Aktivität von Mikroorganismen für die Herstellung von Lebensmitteln, Textilien, Papier, Kosmetika, Reinigungsmitteln und anderen Chemikalien.
Insbesondere in der Medizin expandiert die Biotechnologie-Branche. Das Verständnis der biochemischen Abläufe in menschlichen Zellen und der Rolle der DNA helfen bei der Genese diagnostischer und therapeutischer Verfahren zur Bekämpfung von Herz-Kreislauferkrankungen, Diabetes, Krebs, Neuro-Degenerationen, Virus-Infektionen und anderen Erkrankungen.
Die Zelle
Zellen sind lebende, in sich abgeschlossene Einheiten, die mit bestimmten Strukturen und Funktionen zur Selbsterhaltung, zur Aufrechterhaltung anderer Zellen oder mit anderen Funktionen ausgestattet sind.
Manche Zellen agieren einzeln, zum Beispiel als einzelliges Bakterium, und beinhalten alles, was sie zum Überleben benötigen. Andere Zellen interagieren mit benachbarten Zellen in Zellverbänden, Geweben und Organen, bilden einen gesamten Organismus. Der menschliche Körper beispielsweise besteht aus mehreren Billionen Zellen, welche hochspezialisiert in einem komplexen Zusammenspiel die menschlichen Körperfunktionen aufrechterhalten.
Zellen weisen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zueinander auf. Sie verfügen über eine sie begrenzende Hülle, die Zellmembran. Pflanzen und Pilzen haben eine Zellwand. Im Inneren liegen die Zellorganellen, die "Organe" der Zelle, in der Zellflüssigkeit, dem Cytoplasma. Intermediärfilamente und Mikrotubuli stützen und stabilisieren als Zellskelett die Zelle. Zellorganellen können zum Beispiel Mitochondrien sein, die für die Energiebereitstellung sorgen. Pflanzliche Zellen weisen Chloroplasten auf, in welchen sie mithilfe von Licht Energie erzeugen. Lysosomen enthalten Verdauungsenzyme. Der Golgi-Apparat modifiziert und transportiert Eiweiße. Außerdem enthalten einige Zellen einen Zellkern, den Nukleus. In diesem befindet sich die DNA, mit welcher Abläufe in der Zelle gesteuert werden und mittels derer Informationen an nachkommende Zellen weitergegeben werden. Um viele Zellen eines Typs zu erhalten, werden diese im Labor in einem Nährmedium kultiviert. Unter fein abgestimmten Bedingungen vermehren sich die Zellen einer Zelllinie in der Zellkultur.
Der Genetische Code
Das im Zellkern enthaltene doppelsträngige Riesenmolekül Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist platzsparend zu Chromosomen zugesammengewunden. Es ist ein Polynukleotid, welches sich aus vielen einzelnen Nukleotiden zusammensetzt. Die sich in einem Doppelstrang gegenüberliegenden Nukleotide sind durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. Ein Nukleotid besteht aus einem Phosphat, dem Zucker Desoxyribose und einer der vier Basen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Ein Abschnitt dieser sequenziell angeordneten Nukleotide bildet ein Gen. Die Zelle verfügt über Enzyme, die erkennen, welche Basen in diesen Sequenzen vorliegen. Die Reihenfolge der Basen A, G, C und T innerhalb dieses Gens legt fest, was als nächstes produziert werden soll. Diese Produkte sind Eiweiße, die als Körperbausteine dienen, oder als Signale an andere Zellen gesendet werden.
Nicht nur die Zelle selbst ist in der Lage, ihre genetischen Informationen abzurufen. Seit ein paar Jahren ist es möglich, Nukleotid-Sequenzen im Labor auszulesen und anschließend auszuwerten. Diese Vorgänge werden als DNA-Sequenzierung, bzw. DNA-Analyse, bezeichnet.
Einzelzell-Genomik
Der Einzug der Einzelzell-Genomik bedeutet eine Revolution für die Krebsforschung und die Stammbaumforschung. Konnten Gene bisher nur als Querschnitt an Informationen über Zellverbände analysiert werden, ermöglicht die Betrachtung des Genoms einer einzelnen Zelle die eindeutige Zuordnung eines gemessenen Signals zu einem bestimmten Zelltyp oder zu einem Individuum.
Dies eröffnet besondere Möglichkeiten in der medizinischen Forschung. Die Identifizierung der genetischen Eigenschaften von Tumorzellen beispielsweise ermöglicht Wissenschaftlern die Entwicklung und den gezielten Einsatz von Medikamenten gegen eine spezielle Krebsart. Als krank identifizierte Zellen können hier als konkreter Angriffspunkt targiert, gesunde Körperzellen können geschont werden.
Im Zuge dieser Technologie wird DNA aus einzelnen Zellen gewonnen, vervielfältigt und mit bioinformatischen Methoden wird das Genom rekonstruiert. In der Vergangenheit stellte die Gewinnung einzelner viabler Zellen den "Bottleneck" dieses Ablaufs dar. Neuerdings sind zum Beispiel sogenannte "Zelldrucker" in der Lage, diese diffizile Aufgabe mithilfe der entsprechenden Software zu bewerkstelligen. Bilderkennungsalgorithmen spielen dabei die wichtige Rolle, einzelne Zellen, sowie Zellen mit bestimmten Merkmalen oder labortechnisch markierte Zellen in einer Lösung vor ihrer Isolierung zu identifizieren.
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