Informatiker wollen Evolutions-Biologie erklären

Mit Hilfe der Informatik wollen Wissenschaftler die Evolution natürlicher Signalnetzwerke am Computer nachspielen und so deren Arbeitsweise entschlüsseln. Das Forschungsprojekt „Evolving Cell Signalling Network in Silico“, das von der EU mit 1,6 Millionen Euro gefördert wird, soll Licht hinter den Austausch von Informationen zwischen Zellen bringen, berichtet die Friedrich-Schiller-Universität Jena. Am Projekt, das am 1. Januar 2006 seine Arbeit aufgenommen hat und für drei Jahre anberaumt ist, sind unter anderem die Universitäten Birmingham, Dublin und Eindhoven beteiligt.

Die Biologen wissen bereits sehr genau über einzelne Zellbestandteile Bescheid, doch das ganze System berge noch viele Geheimnisse. Bei der Entschlüsselung der „Morsezeichen“, die Zellen und Zellbestandteile miteinander austauschen, und bei der Rekonstruktion zellulärer Signalnetzwerke, wollen die Informatiker den Biologen jetzt helfen. „Unser Ziel ist es, mit Hilfe der Informatik die Evolution natürlicher Signalnetzwerke im Computer nachzuspielen, um so deren Arbeitsweise aufklären zu können“, erklärt der Informatiker Peter Dittrich von der Nachwuchsgruppe „Biosystemanalyse“ am Institut für Universität Jena.

Dabei gehe es nicht einfach darum, natürliche Systeme am Computer zu kopieren. Die Bioinformatiker bedienen sich vielmehr des Computers als intelligentem Baumeister. „Wir geben ihm eine bestimmte Anzahl von Komponenten wie Chemikalien und Reaktionsmuster vor, die in den natürlichen Prozessen benutzt werden. Der Computer kann sie dann vielfach rekombinieren“, erklärt Dittrich.

Die Forscher wenden dabei einen so genannten „evolutionären Algorithmus“ an. Dabei errechnet der Computer mehrere mögliche Lösungen für ein Problem, sortiert die besten Varianten davon aus und experimentiert mit diesen weiter. „In der Natur haben sich die effektivsten Lösungen für bestimmte Aufgaben über Jahrmillionen durchgesetzt. Mit Hilfe der Informatik können wir diesen Prozess in wesentlich kürzerer Zeit nachvollziehen“, führt Dittrich weiter aus. So werde es möglich, das Wissen über biologische Prozesse immer mehr zu verfeinern und Erkenntnislücken zu schließen. Die Variantenspiele des Computers könnten den Biologen auch Hinweise darauf geben, an welcher Stelle der Reaktionskette Eingriffe möglich sind, etwa um Krankheiten zu verhindern.