Anwendungsfach Biologische Systeme im Bachelor-Studiengang Technische Kybernetik

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1 Anwendungsfach Biologische Systeme im Bachelor-Studiengang Technische Kybernetik Prof. Nicole Radde Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik 13. Juli 2015

2 Lebenswissenschaften Herausforderungen in den modernen Lebenswissenschaften Verbesserte experimentelle Techniken Aufbereitung und Interpretation von Daten (Hochdurchsatzexperimente) von statistischen Modellen hin zum Verständnis dynamischer Prozesse ganzheitliches Verständnis der Funktionsweise lebender Systeme Qualitative deskriptive Beschreibung Quantitative mechanistische Modelle AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 1 / 12

3 Quantitative Biologie Ziel Ziel in den Lebenswissenschaften, die Funktionsweise lebender Systeme in ihrer Gesamtheit besser zu verstehen. (a) Zelluläre Ebene (b) Organebene (c) Organismus Hierfür werden lebende Systeme als komplexe dynamische Systeme aufgefasst, die mit systemtheoretischen Ansätzen analysiert werden können. AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 2 / 12

4 Interdisziplinarität Math. Analysen Vorhersagen in vivo, in vitro Daten Systemwissen in silico Diese Vision erfordert enge Kooperationen zwischen Systemtheoretikern/Modellierern und Lebenswissenschaftlern (Biologen/Mediziner) AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 3 / 12

5 AWF Biologische Systeme Vision Mit dem Anwendungsfach Biologische Systeme haben Sie die Möglichkeit bereits sehr früh in Ihrem Studium vertiefte Kenntnisse im Bereich der Lebenswissenschaften (insbesondere: Biologie) zu erlangen und diese dann im Laufe des Studiums auszubauen und mit kybernetischen Methoden zu kombinieren. Dies legt die Basis für eine gute Kooperation und Erfolge in diesem Gebiet. AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 4 / 12

6 Kommunikation ist essenziell! AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 5 / 12

7 Erfolgsbeispiel: Repressilator M. Elowitz S. Leibler Elowitz & Leibler. Nature 403 (2000). AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 6 / 12

8 Erfolgsbeispiel: Drug Target Identification Mathematische Modelle helfen, geeignete Targetmoleküle für Krebstherapien zu identifizieren. AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 7 / 12

9 Regulation von Sekretionspfaden in Säugerzellen Optimierung von Produktionszelllinien zur Antikörperherstellung Kooperation mit dem Institut für Zellbiologie und Immunologie: Dr. Angelika Hausser Prof. Monilola Olayioye AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 8 / 12

10 Experimental data Quantification of protein amounts after ectopic expression via Western Blot analysis Absolute quantification of proteins (molecules/cell) Time series after perturbations AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 9 / 12

11 molec 1e5 Models can fit experimental data B C D molecules / cell molecules / cell PKD PI4KIIIß CERT PI4KIIIβ 1e9 1e8 1e7 1e6 relative signal p PKD e CERT 1e9 1e8 relative signal e7 4 1e6 2 1e p PKD p PKD relative signal 4 2 p PKD 2.5 relative signal p PI4KIIIß p CERT AWF 30 Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 10 / 12 8

12 Lehrinhalte im Anwendungsfach Lernziele: Das AWF bietet die Möglichkeit, sich früh ein Basiswissen in den Lebenswissenschaften anzueignen, sowie erste Erfahrungen mit der der Erhebung experimenteller Daten und deren Einbindung in die Modellierung zu sammeln. Angebot an Lehrveranstaltungen Biomolekülstruktur und Thermodynamik Gosh 3LP, SS Biomoleküle und Biomedizin Rudolph/ 6LP,WS Kontermann Systemische Physiologie Hauber 3LP,SS Zellbiol. & Physiol. Grundlagen IZI/Hauber 6LP,SS/WS Zellbiol. Grundlagen für die Systembiologie Pollak/Imig 6LP,WS Technische Biologie für Kybernetiker IZI/IBVT 6LP,SS Bioverfahrenstechnik I Takors 6LP,SS Laborpraktikum BVT Siemann- Herzberg 3LP,WS AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 11 / 12

13 Kontakt & Ansprechpartner Organisation Nicole Radde Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik Büro: Pfaffenwaldring 9, 2. Stock, Raum Weitere Informationen Den Vortrag finden Sie unter che-systeme/ AWF Biologische Systeme im Studiengang Bsc TKyb, Prof. Nicole Radde 12 / 12