Leiter der Forschungsgruppe

Dr. Jürgen Cox
Dr. Jürgen Cox

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Für Wissenschaftler

Wie analysiert man riesige Datenmengen?

Forschungsgruppe „Computational Systems Biochemistry" (Jürgen Cox)

Moderne Hochdurchsatzverfahren produzieren riesige Datenmengen, die in dieser Rohform kaum Informationen über biologische Prozesse liefern. Welches Biomolekül tritt wann und wo in welcher Menge auf? Welche Proteine interagieren? Jürgen Cox entwickelt mit seiner Forschungsgruppe „Computational Systems Biochemistry“ maßgeschneiderte Software, um anhand biologischer Rohdaten molekulare Signaturen aus Zellen, Geweben und Körperflüssigkeiten zu identifizieren und im Detail zu charakterisieren.
Ohne Proteine läuft in der Zelle gar nichts. Diese vielfältigen Moleküle sind an allen essentiellen Prozessen beteiligt, unter anderem als Baumaterial, als molekulare Maschinen oder als Katalysatoren chemischer Reaktionen. Durch die Methoden der Massenspektrometrie stehen mittlerweile leistungsstarke Verfahren zur Verfügung, die sogar das Proteom einer Zelle oder eines Organismus erfassen können - also die Gesamtheit aller Proteine zu einem bestimmten Zeitpunkt.
Per Hand lassen sich solche Datenmengen allerdings nicht analysieren. Nur computerbasierte Methoden sind zuverlässig genug für die automatisierte Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen und anderen Biomolekülen. In Zusammenarbeit mit der Forschungsabteilung von Matthias Mann entwickelte Cox deshalb MaxQuant, eine mittlerweile weltweit etablierte Plattform zur computerbasierten Proteomik. Forscher in aller Welt können diese Software für hochpräzise Analysen ihrer Daten nutzen - online und kostenfrei.
MaxQuant ist zudem ein „Work in progress“, das Cox und seine Mitarbeiter beständig erweitern und verbessern, um der Komplexität biologischer Prozesse gerecht zu werden. Ihr Ziel ist, die Funktionen und Interaktionen von Proteinen und anderen Biomolekülen möglichst vollständig zu erfassen. Dafür müssen sie immer neue statistische Analysemethoden entwickeln, etwa um molekulare Beziehungen in einer Zelle zu modellieren.
Doch diese Zusammenhänge sind selten eindeutig. Ein und dasselbe Protein etwa kann durch chemische Modifikationen aktiviert, inaktiviert oder anderweitig in seinem Verhalten beeinflusst werden. Ebenso schwierig ist die Interpretation von Daten zu RNA-Molekülen, die die „Bauanleitung“ für Proteine übermitteln. Eine sogenannte mRNA kann mehrere Vorlagen enthalten, von denen je nach Bedarf und Bearbeitung des Moleküls nur eine umgesetzt wird. Das Team um Cox entwickelt Algorithmen, die dieser Vielschichtigkeit gerecht werden.
Als Wissenschaftler sieht sich Cox weniger in der Informatik als in den Lebenswissenschaften verankert. Schließlich sollen seine Ansätze konkrete Probleme in der Biologie lösen. Sein Augenmerk gilt dabei auch der Medizin, wo seine Methoden vielfach zum Einsatz kommen könnten und das Interesse der Ärzte entsprechend groß ist. Noch sind die Geräte nicht robust genug für klinische Anwendungen - es ist ein Projekt für den langen Atem.

 
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