Photosynthese und Biomasseproduktion
Universität Potsdam und Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie etablieren Zentrum für Systembiologie GoFORSYS
Interview mit Prof. Bernd Müller-Röber, Universität Potsdam
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Medieninformation der Universität Potsdam - Nr.: 152/06 vom 29.08.2006 - auch hier zu lesen
Universität Potsdam und Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie etablieren Zentrum für Systembiologie
Einen gemeinsamen Erfolg konnten die Universität Potsdam und das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie verbuchen. Im Rahmen der bundesweiten Ausschreibung "Forschungseinheiten der Systembiologie - FORSYS" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) wurden die vier Siegerteams bekannt gegeben. Neben Gruppen aus Freiburg, Heidelberg und Magdeburg wurde auch das Konzept aus Potsdam für die Förderung der Systembiologie in Deutschland von einem internationalen Gutachterteam ausgewählt. Dort soll nun unter einem gemeinsamen Dach eine entsprechende Forschungseinheit aufgebaut werden.
Forschungsministerin Prof. Dr. Johanna Wanka äußerte sich erfreut über den Erfolg der Potsdamer Forscher: "Das Potsdamer Forschungsprojekt konnte sich gegen zahlreiche Mitbewerber aus dem ganzen Bundesgebiet durchsetzen. Ich freue mich sehr, dass die enge Kooperation zwischen Universität und außeruniversitärer Forschungseinrichtung wieder einmal der Schlüssel zum Erfolg war. Forschungen im Bereich der Systembiologie werden in den nächsten Jahren immer höhere Bedeutung für die Biotechnologie bekommen und sind damit für Brandenburg ganz besonders wichtig."
Die Systembiologie ist eine bedeutende Querschnittstechnologie, die international rasch an Bedeutung zunimmt. Sie ist entscheidend für die Innovationsfähigkeit verschiedener Branchen mit vielfältigen Einsatzgebieten, angefangen vom gezielten Pflanzendesign über die Optimierung von biotechnologischen Syntheseprozessen bis hin zur Entwicklung von neuen Medikamenten.
Das Potsdamer Projekt trägt den Titel: GoFORSYS: Potsdam-Golm BMBF-FORschungseinrichtung zur SYStembiologie; Photosynthesis and Growth: A Systems Biology-based Approach. Die Antragstellung des interdisziplinären Projektes wurde federführend von Prof. Dr. Bernd Müller-Röber (Molekularbiologie) und Prof. Dr. Joachim Selbig (Bioinformatik) von der Universität Potsdam geleitet. Das Interdisziplinäre Zentrum "Advanced Protein Technologies" der Universität hat die Ausarbeitung des Projektsantrages unterstützt. Am Projekt GoFORSYS sind insgesamt 16 Arbeitsgruppen aus den Bereichen Biologie, Biochemie, Informatik, Mathematik, Physik und Chemie sowie das in Berlin ansässige Pflanzenbiotechnologie-Unternehmen Metanomics beteiligt. Die wissenschaftliche Koordination wird Prof. Dr. Lothar Willmitzer vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie übernehmen.
Zentraler Inhalt des GoFORSYS-Projektes ist die Analyse des Zusammenhangs zwischen Photosynthese und Biomasseproduktion. Als Modellsystem soll zunächst die einzellige Alge Chlamydomonas reinhardtii dienen. Die gewonnenen Kenntnisse sollen in einer späteren Phase des Projektes auf Höhere Pflanzen (auch Kulturpflanzen) übertragen werden. Mittels modernster Technologie werden umfangreiche Daten zu Genaktivitätsmustern, Proteinen und Stoffwechselprodukten erfasst. Die erhaltenen Daten werden dann unter Verwendung bioinformatorischer Verfahren gesichtet und mathematisch zur Simulation zellulärer und physiologischer Prozesse weiter bearbeitet. Dabei sollen Modelle etabliert werden, die Vorhersagen über das pflanzliche Wachstum und die Biomasseproduktion ermöglichen. Dies wird es den Wissenschaftlern erlauben, biologische Engpässe dieser zentralen Prozesse zu identifizieren. Die gewonnenen Kenntnisse werden in moderne Züchtungsvorhaben Eingang finden.
Insgesamt wurden Gelder in Höhe von 13,4 Millionen Euro beantragt. Diese sollen nun in den kommenden fünf Jahren für den weiteren Ausbau exzellenter Forschung im Bereich der Systembiologie genutzt werden. Neben der Forschung wird dem Aufbau eines umfangreichen Lehrprogramms besonderes Augenmerk gewidmet. An der Universität Potsdam werden dazu neue Module im Masterstudiengang Bioinformatik entwickelt. Der Aufbau der Fachrichtung Bioinformatik war in der Vergangenheit durch Sondermittel des brandenburgischen Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kultur möglich geworden. Besondere Ausbildungskonzepte wird es darüber hinaus für Promovierende geben, die in den kommenden Jahren einen Großteil der Forschung in der Systembiologie durchführen sollen. GoFORSYS baut auf laufende Forschungsaktivitäten des Max-Planck-Institutes für Molekulare Pflanzenphysiologie und der Universität auf. Daneben ist auch das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, das ebenfalls in Potsdam-Golm beheimatet ist, am Projekt beteiligt. Auf Seiten der Universität sind maßgeblich die beiden Profilbereiche Life Sciences und Complex Systems involviert.
Teams der Universität und der Golmer Max-Planck-Institute waren auch schon in der Vergangenheit bei der Einwerbung von Drittmitteln für gemeinsame Projekte sehr erfolgreich. Der nun erzielte Erfolg unterstreicht noch einmal die Bedeutung der engen inhaltlichen Verzahnung der Forschungseinrichtungen am Wissenschaftsstandort Potsdam-Golm, die es ermöglicht, Synergien konsequent zu nutzen.
Weitere Informationen erhalten Sie bei
Prof. Dr. Bernd Müller-Röber, Universität Potsdam, E-Mail: bmr@uni-potsdam.de, Tel.: 0331/977-2810,
Prof. Dr. Joachim Selbig, Universität Potsdam, E-Mail: jselbig@uni-potsdam.de, Tel. 0331/567-8208 sowie
Prof. Dr. Lothar Willmitzer, Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, E-Mail: willmitzer@mpimp-golm.mpg.de, Tel.: 0331/567-8200.
Licht, Schatten und Biomasseproduktion
Thilo Spahl im Gespräch mit Herrn Prof. Bernd Müller-Röber, Inhaber des Lehrstuhls für Molekularbiologie am Institut für Biochemie und Biologie der Universität Potsdam über das Projekt "GoFORSYS -Photosynthesis and Growth: A Systems Biology-based Approach"
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Aus: BioTOP-Newsletter Aug 2006
Spahl: Herr Prof. Müller-Röber, neben drei anderen Projekten konnten Sie sich beim BMBF-Wettbewerb zur Systembiologie FORSYS durchsetzen. Wie wollen Sie das Thema angehen?
Müller-Röber:
Wir konzentrieren uns auf die Photosynthese, also den Mechanismus, mit dem Pflanzen die Energie des Lichts nutzen. Hierfür untersuchen wir zunächst die Alge Chlamydomonas reinhardtii. Dabei geht es uns nicht darum, die Bausteine des Photosyntheseapparats als solche besser zu verstehen, sondern wir fragen: Wie wird Photosynthese umgesetzt in Biomasseproduktion? Die Alge wächst ja über einen bestimmten Zeitraum und akkumuliert dabei Biomasse. Diesen Prozess wollen wir unter unterschiedlichen Umweltbedingungen, etwa in Hinblick auf Lichteinstrahlung und Stickstoffverfügbarkeit, genauer betrachten und mathematische Modelle entwickeln.
Spahl: Antragssteller ist die Universität Potsdam in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie. Auch das MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung ist beteiligt.
Müller-Röber: Wir haben einen sehr interdisziplinären Ansatz. Es sind insgesamt 16 Teams aus Biologie, Mathematik, Informatik, theoretischer Chemie und Physik sowie die Firma metanomics beteiligt. Wir werden zudem 2 Nachwuchsgruppen einrichten. Koordinator wird Prof. Willmitzer vom MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie sein.
Spahl: Und warum gerade eine Alge und nicht zum Beispiel die Kartoffel?
Müller-Röber: Die Arbeitsgruppen hier in Golm sind bisher hauptsächlich an Höheren Pflanzen interessiert gewesen. Wir haben seit knapp 2 Jahren aber am MPI auch eine dritte Abteilung, die von Prof. Bock, einem ausgewiesenen Experten in der Chlamydomonasforschung, geleitet wird.
Jetzt starten wir eine gemeinsame Aktivität, um uns mit geballter Kraft dem Thema Photosynthese zu widmen. Unsere Herangehensweise ist neu. Wir beginnen mit einem gut definierten eukaryotischen pflanzlichen Modellsystem. Chlamydomonas reinhardtii ist dafür bestens geeignet. Die Alge ist seit vielen Jahren als Modellorganismus für Photosyntheseuntersuchungen etabliert. Sie wird auch "grüne Hefe" genannt, da sie einen einfachen Lebenszyklus und minimale Nährstoffansprüche besitzt und sehr gut mittels genetischer Methoden zugänglich ist. Die Zellen können in einer Mineralsalzlösung mit Licht und Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle wachsen und die nötige Energie allein durch Photosynthese erzeugen. Zudem sind alle drei Genome bekannt: das Plastidengenom, das Mitochondriengenom und das nukleäre Genom.
Der entscheidende Vorteil ist die weiterreichende Kontrolle. Wir wollen Daten bekommen, die so gut sind, dass man mit ihnen modellieren kann. Wenn ich eine Höhere Pflanze nehme und im Gewächshaus anziehe, habe ich nicht das gleiche Maß an Standardisierung, weil Bodenzusammensetzung, Feuchtigkeit, etc. variieren.
Unser Ansatz besteht darin, unter Nutzung von genomischen, metabolomischen und proteomischen Techniken, die an Uni und MPI vorhanden sind, die unterschiedlichen Ebenen der Informationsverarbeitung in der Zelle abzugreifen.
Wir werden jedoch sicher die Höheren Pflanzen nicht vergessen. Wenn wir in der Grünalge Schlüsselgene, Schlüsselproteine und Schlüsselmetaboliten identifiziert haben, werden wir uns diese an Arabidopsis thaliana und der Tomate genauer anschauen.
Letztlich geht es darum, Erkenntnisse zu gewinnen, die uns helfen, die Biomasseproduktion bei Höheren Pflanzen zu steigern.
Spahl: Wie groß wird das Projekt?
Müller-Röber: Beantragt wurden 13,4 Mio. Euro. Die Förderung läuft über 5 Jahre. Bedingung ist jedoch, dass die Forschung anschließend aus eigenen Mitteln weitergeführt wird. Und darum geht es uns letztlich auch. Wir werden hier in Golm entsprechende Strukturen schaffen, um eine langfristige Perspektive für die Systembiologie zu entwickeln.
Großen Wert legen wir auch auf die Ausbildung. Wir sind dabei, einen Bioinformatik-Studiengang aufzubauen, den wir sehr stark auf die Systembiologie ausrichten wollen. Auch in der Doktorandenausbildung werden der interdisziplinäre Ansatz und Methoden zur Auswertung großer Datenmengen eine wichtige Rolle spielen.
BMBF investiert 45 Millionen Euro in Systembiologie
PE 17.08.2006 - auch hier zu lesen
Angesichts der Leistungssteigerungen in der Computerindustrie rückt eine Vision immer näher: Die Simulation von lebenden Systemen in Computermodellen. Diesem Ziel haben sich Systembiologen verschrieben - Forscher aus den unterschiedlichsten Disziplinen, die einzelne molekularbiologische Informationen virtuell zusammenführen, um dadurch das Verständnis für lebende Systeme zu erhöhen. Mit dem neuen Förderprogramm "Forschungseinheiten der Systembiologie" (FORSYS) will das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dieses noch relativ junge Forschungsgebiet in Deutschland stärken. Aus insgesamt 18 Bewerbern wurden jetzt vier Wissenschaftlergruppen in Freiburg, Heidelberg, Potsdam und Magdeburg ausgewählt. Sie erhalten ab 2007 insgesamt 45 Millionen Euro für fünf Jahre, um an den verschiedensten systembiologischen Fragestellungen zu arbeiten.
Die Systembiologie ist eine Querschnittstechnologie und lebt von der Zusammenarbeit unterschiedlichster Disziplinen. Dabei werden Daten und Methoden aus Biologie, Medizin, Mathematik, Physik, Systemtechnik, Informatik und Ingenieurwissenschaften gezielt verknüpft, um komplexe, lebende Systeme besser zu verstehen. Dabei werden etwa Stoffwechselvorgänge, die Interaktion von Eiweißen, Genen und anderen Biomolekülen in ihrem quantitativen Zusammenhang ganzheitlich betrachtet. Langfristig soll es den Wissenschaftlern dadurch mithilfe der Bioinformatik ermöglicht werden, bestimmte molekularbiologische Vorgänge in silico, also virtuell im Computermodell nachzuvollziehen und vorherzusagen. Dies verspricht nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht einen Fortschritt, sondern auch aus wirtschaftlicher Perspektive: Das in silico Design von Experimenten mit virtuellen Zellen könnte sowohl Zeit sparen und Kosten reduzieren als auch die Zahl von Tierversuchen verringern.
Kompetenzen unter einem Dach bündeln
Mit der Förderiniative FORSYS will das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Systembiologie in Deutschland weiter vorantreiben. Bis zum Juni konnten sich interdisziplinäre Forschergruppen bewerben, um ab 2007 innerhalb von fünf Jahren eine Forschungseinheit der Systembiologie aufzubauen. Dabei sollen sich nicht nur universitäre, sondern auch außeruniversitäre Arbeitsgruppen und Unternehmen beteiligen, um die Forschung unter einem Dach zu bündeln. Nachdem ein internationales Expertengremium die ingesamt 17 Bewerbergruppen begutachtet haben, stehen die vier Siegerteams nun fest. Sie kommen von der Universität Freiburg, der Universität Heidelberg, der Universität Magdeburg (in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für die Dynamik komplexer technischer Systeme) und dem Max-Planck-Institut für Pflanzenphysiologie in Potsdam.
Die vier Teams sollen vorhandene Forschungsnetze in Biologie und Medizin weiter stärken, sich der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses widmen und mit Nachwuchsgruppen die Forschung in der Systembiologie voranbringen. Nach der Förderung sollen sie in die institutionelle Förderung der jeweiligen Trägerschaft überführt werden.
Das Förderprogramm FORSYS ist Teil des Förderschwerpunkts Systembiologie des BMBF zu dem auch Programme wie Hepatosys (Systembiologie der Leber) und Quantpro (Quantitative Analyse zur Beschreibung dynamischer Prozesse in lebenden Systemen) sowie das europäische Programm SysMo (Systembiologie an Mikroorganismen) gehören. Derzeit engagiert sich Deutschland zudem als Koordinator beim Aufbau eines europäischen Forschungsnetzes zur Systembiologie (ERASysBio), in dessen Rahmen bis Ende des Jahres auch eine neue Strategie zur Stärkung der Systembiologie in Deutschland erarbeitet werden soll.
FRISYS - Freiburg Initiative for Systems Biology - zielt auf die Analyse und Modellierung der Signalübertragung im Wachstums- und Differenzierungsprozess. Grundlegende Kontrollprinzipien sollen in Modellorganismen mit phylogenetischen Schlüsselpositionen identifiziert und in mathematische Modelle integriert werden. Aufbauend auf den Ergebnissen werden Perspektiven für die Nutzung der Systembiologie in biomedizinischen und biotechnologischen Anwendungen erarbeitet. FRISYS wird räumlich an das Freiburger Zentrum für BioSystemAnalyse (ZBSA) angebunden, das zu Beginn des Jahres 2007 fertiggestellt sein soll. Es wird als interdisziplinäres Zentrum von den Fakultäten für Biologie, Medizin, Mathematik & Physik, Forstwesen & Umweltforschung, Chemie & Pharmakologie sowie der Fakultät für Angewandte Forschung unterstützt.
VIROQUANT -Systems Biology of Virus-Cell Interactions - ist eine Initiative der Universität Heidelberg, die auf die Entwicklung dynamischer Modelle zellulärer Netzwerke zielt, die für Virusvermehrung und Zell-Virus-Interaktionen (z.B. bei HIV und AIDS) von Bedeutung sind. VIROQUANT nutzt die experimentellen Voraussetzungen des Standortes Heidelberg für die Bereiche Hochdurchsatzscreening, Hochauflösende Mikroskopie, Imageanalyse etc. sowie die Anbindung an bereits regional etablierte Systembiologie-relevante Aktivitäten (BIOMS, BIOQUANT). Die Forschungseinheit VIROQUANT soll in das BIOQUANT-Gebäude aufgenommen werden.
GoFORSYS -Photosynthesis and Growth: A Systems Biology-based Approach - ist eine interdisziplinäre Forschungsaktivität der Universität Potsdam, die in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm etabliert werden soll. Sie zielt auf die Errichtung einer Forschungseinheit Systembiologie der Pflanzen, die sich zunächst auf die Analyse von Expression und Regulation des Photosyntheseprozesses, dessen Veränderungen durch Umwelteinflüsse sowie der dadurch verursachten Auswirkungen auf das Wachstum der Pflanzen fokussiert.
Systems Analysis of Signalling and Regulatory Networks: From Basic Biological Principles to complex cellular interactions - ist eine Initiative der Universität Magdeburg, die gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme erarbeitet wurde. Hierbei soll ein theoretisches und Computer-betontes Zentrum etabliert werden, das die Magdeburger Expertise in Systemtheorie und Systemtechnik mit der mathematischen Modellierung bündelt, um neue systembiologische Ansätze zu entwickeln. Diese sollen zur Analyse und Rekonstruktion molekularer Netzwerke (Regulation, Signaltransduktion, Proliferation etc.) eingesetzt und in einem iterativen Prozess optimiert werden. Es ist angedacht, dass die Forschungseinheit zukünftig in das Forschungszentrum für Dynamische Systeme der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg integriert wird, das vom Land Sachsen-Anhalt unterstützt wird.
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Förderung der Systembiologie
BMBF: Deutschland nimmt Vorreiterrolle ein
BerliNews, 1. 1. 2003 - BTN1160
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