HITS im Jahr 2011: Spinnenseide, Pflanzenstammbäume und schwarze Löcher

Jahresbericht des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien (HITS) für 2011 erschienen – Datengetriebene Forschung: Neue Erkenntnisse zur Struktur der Spinnenseide, der größte evolutionäre Stammbaum der Blütenpflanzen, atomgenaue Modelle von Enzymen für den Arzneistoffwechsel und Simulationen zur Entstehung von Strukturen im Universum

Der jetzt erschienene HITS-Jahresbericht 2011 gibt auf Deutsch und Englisch Einblicke in die Aktivitäten des gemeinnützigen Forschungsinstituts der Klaus Tschira Stiftung. Ca. 70 Wissenschaftler aus 15 Ländern betreiben Grundlagenforschung in verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften, Mathematik und Informatik. „Zahlreiche Konferenzen, Workshops sowie rund 110 Publikationen belegen die rege Tätigkeit der Wissenschaftler im letzten Jahr“, freut sich Prof. Andreas Reuter, der sich die Geschäftsführung mit HITS-Gründer Dr. h.c. Dr. e.h. Klaus Tschira teilt.
Zurzeit forschen sechs verschiedene Gruppen am HITS, deren gemeinsamer Nenner die Verarbeitung und Strukturierung großer Datenmengen ist.

Warum ist Spinnenseide zugleich ungeheuer elastisch und reißfest? Dieser Frage ging die Molekulare Biomechanik-Gruppe unter der Leitung von Dr. Frauke Gräter mit Computersimulationen nach. Die überraschende Antwort: Fäden wie die Seide können nur dann eine große Elastizität mit Reißfestigkeit kombinieren, wenn die Komponenten innerhalb der Faser feinsäuberlich in Scheiben aufgereiht werden. Die HITS-Forscher arbeiteten mit Ingenieuren aus der Baumechanik der Universität Stuttgart zusammen.

Die Scientific Computing-Gruppe um Dr. Alexandros Stamatakis hat den weltweit größten Stammbaum der Angiospermen (Blütenpflanzen) rekonstruiert, gemeinsam mit Kollegen von der Yale University und der Brown University in den USA. Anhand dieser Rekonstruktion zeigten die Wissenschaftler, dass die Vorfahren wichtiger Pflanzenfamilien erst mit ihrem Aufbau und ihrer Leistungsfähigkeit experimentiert haben, um daraufhin schnell viele neue Arten hervorzubringen.

Prof. Rebecca Wade und ihrer Gruppe Molecular and Cellular Modeling (MCM) gelang es mit Kollegen aus Italien und Frankreich, Peptide zu entwerfen, die bei der Überwindung von Resistenzen gegenüber Krebsmedikamenten helfen.

Die HITS-Forscher simulierten außerdem Schlüsselenzyme für Medikamentenstoffwechsel, die leberspezifischen, membrangebundenen Enzyme Cytochrome P450 (CYPs). Dabei erstellten sie die ersten atomgenauen Modelle einer vollständigen, membrangebundenen Säugetier-CYP. Die Visualisierung eines Modells ziert auch das Titelbild des HITS-Jahresberichts.

Die Theoretical Astrophysics Gruppe (TAP) unter Leitung von Prof. Volker Springel fand gemeinsam mit kanadischen und US-Kollegen heraus, dass diffuses Gas im Universum die helle Gammastrahlung aus schwarzen Löchern absorbiert und sich dabei aufheizt. Diese Erkenntnis hat wichtige Konsequenzen für die Entstehung von Strukturen im Universum.

Die Scientific Databases and Visualization Gruppe (SDBV) unter der Leitung von Priv-Doz. Dr. Wolfgang Müller ist verantwortlich für die zentrale Datenmanagement-Infrastruktur in zwei großen europäischen Systembiologie-Konsortien, für das „Netzwerk Virtuelle Leber“ und „SysMO“ (Systems Biology of Microorganisms). Das HITS war auch Gastgeber des zweiten COMBINE-Workshops im September 2011, der neue Beschreibungsstandards für die Systembiologie entwickeln will.

Die Computerlinguisten in der Natural Language Processing-Gruppe (NLP) unter der Leitung von Prof. Michael Strube entwickelten eine einzelsprachunabhängige Methode, mit welcher Begriffe in Wikipedia-Dokumenten einer bestimmten Sprache mit den entsprechenden Begriffen in anderssprachigen Wikipedia-Dokumenten verlinkt werden können. Dies hilft Nutzern, die einer bestimmten Sprache nicht mächtig sind, Informationen zu einem Thema in ihrer eigenen Sprache zu finden, und fördert außerdem den Wissensaustausch über Sprachgrenzen hinweg.

Bildbeschreibung:

Das Cover des HITS Jahresbericht 2011. Ein Modell des membranengebundenen menschlichen Cytochroms P450 2C9 in voller Länge. Das Enzym ist wichtig für den Medikamentenabbau in der menschlichen Leber. Das Bild wurde durch eine Kombination grobkörniger molekularer Simulationen und solcher mit atomarer Auflösung gewonnen und erschien auf der Titelseite des Public Library of Science (PLoS) Computational Biology journal, Ausgabe 7(8). (Bild: HITS/Vlad Cojocaru)

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