Mathe trifft Bio – mathematische Modellierung biologischer Systeme 1


mint 400
Nadja Krall aus der Jgst. Q2 nahm in Berlin an einem MINT-EC-Workshop teil, bei dem Themen aus den Bereichen Medizin, Biologie und Mathematik verknüpft wurden.

 

Unser Workshop fand am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin-Buch statt.

 

Zuerst erhielten wir eine kurze Einführung in die mathematische Modellierung, die ein Teil der Systembiologie ist, und zu ihrem Nutzen. Sie hilft nicht nur, das Verhalten eines biologischen Systems zu verstehen, sondern kann auch zur Entwicklung neuer Strategien zur Kontrolle und Manipulation dieses Systems beitragen. Außerdem lernten wir, wie die mathematischen Modelle überhaupt entstehen und welche bekannten Beispiele es hierfür gibt, etwa die Michaelis-Menten-Enzymkinetik.

 

Das fand ich sehr informativ, da die mathematische Modellierung für mich vorher ein komplett unbekannter Sachverhalt war. Nach einer kurzen Pause erfuhren wir, was genau unsere Workshopleiter in ihrer Forschungsgruppe eigentlich erforschen. Besonders interessant fand ich, wie experimentelle Ansätze, zum Beispiel Massenspektrometrie und Western Blots, mit mathematischen Modellen kombiniert werden. Der erste Teil unseres Workshops verging wie im Flug.

 

Nach einem gemeinsamen Mittagessen in der Kantine des MDC besichtigten wir die Labore des Forschungszentrums und erhielten Informationen über die Institution und die jeweiligen Forschungsfelder. Außerdem hörten wir einen englischen Vortrag über Massenspektrometrie, der vor allem für mich als Chemie-Leistungskurs-Schülerin interessant war. Bei diesem Verfahren kann die Masse eines Teilchens ermittelt werden, indem die zu analysierenden Teilchen zuerst in die Gasphase überführt und ionisiert werden. Anschließend werden sie durch elektrische oder magnetische Felder nach Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt und nachgewiesen. Ein besonders faszinierender und neuer Aspekt war für mich, wie durch diesen Prozess Proteine und ihre Struktur analysiert werden können. Dabei wird ein Protein, welches ein relativ großes und komplexes Molekül ist, zuerst in kürzere Ketten (Peptide) und später in Fragmente gespalten. Danach ist es möglich, durch Massenspektrometrie die einzelnen Aminosäuren in den Fragmenten zu identifizieren und sogar die Aminosäuresequenz zu rekonstruieren.

 

Am Nachmittag bekamen wir die Gelegenheit, unser neu erlangtes Wissen über die Modellierung biologischer Systeme in praktischen Übungen anzuwenden. Dabei benutzten wir die eigens für Kinder und Jugendliche konzipierte Programmiersprache Scratch, die frei zugänglich ist, so dass jeder auch zu Hause die Möglichkeit hat, mit der mathematischen Modellierung fortzufahren.

 

Durch dieses sehr einfache System war es auch Schülern wie mir, die noch keine Erfahrung mit Informatik und Programmieren hatten, möglich, das Räuber-Beute-Modell, das fast allen aus dem Biologie-Unterricht bekannt war, mathematisch zu modellieren. Glücklicherweise mussten wir das Modell beziehungsweise das dazu benötigte Differentialgleichungssystem nicht selber aufstellen. Stattdessen konnten wir beobachten, wie sich die Populationsdynamik von Hasen und Luchsen bei verschiedenen Anfangsbedingungen oder der Veränderung einzelner Parameter veränderte. Eine ähnlich praktische Übung führten wir noch zur mathematischen Modellierung der Glykolyse durch.

 

Unsere Workshopleiter konnten jede Frage ausführlich und kompetent beantworten. Der Tag und das Max-Delbrück-Centrum werden mir in sehr positiver Erinnerung bleiben und ich würde jederzeit zurückkehren, um noch mehr über die Forschungsarbeiten zu erfahren.

Nadja Krall


Cornel van BebberAnsprechpartner: Cornel van Bebber

Datum: 7. September 2016 - 9:30 Uhr | Update: 16. Juli 2017 - 18:50 Uhr


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