Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Prof. Oliver Ebenhöh | HHU Düsseldorf | Quantitative und Theoretische Biologie

Forschungsthemen und Profil (mit Bezug zur Bioökonomie)

Das Institut für Quantitative und Theoretische Biologie beschäftigt sich im Schwerpunkt mit der Entwicklung von theoretischen Konzepten und mathematischen Modellen biologischer Systeme. Mit unserer Forschung wollen wir die experimentelle Biologie ergänzen und unterstützen, indem wir Theorien entwickeln, im Rahmen derer experimentelle Befunde in einen allgemeineren Kontext gesetzt werden können.

Zentrale Forschungsthemen unseres Instituts sind die Photosynthese und der Stoffwechsel photosynthetischer Organismen. Wir gehen insbesondere der Frage nach, wie sich Pflanzen und einzellige Algen an sich veränderte Umweltbedingungen anpassen und wie dieses Wissen ausgenutzt werden kann, um insbesondere Algen im großen Maßstab effizient zu kultivieren. In enger Zusammenarbeit mit experimentellen Kollegen untersuchen wir dies mit mathematischen Modellen, die die Anpassungsprozesse wie das „non-photochemical quenching“ und die „state transitions“ dynamisch beschreiben. Wir benutzen diese Modelle, um limitierende Faktoren zu identifizieren und die Effekte von Veränderungen (entweder der Umwelt oder genetische Modifikationen) vorherzusagen. Der Vergleich mit dem Experiment führt dann zu einem vertieften Verständnis des Systems und allgemeingültigeren theoretischen Konzepten.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Modellierung des Sekundärmetabolismus von Pflanzen und Mikroalgen, insbesondere mit Hinblick auf industrielle Anwendungen. Wir entwickeln Modelle, die die Dynamik von Stoffwechselwegen interessanter Sekundärmetabolite simulieren und untersuchen in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Kollegen, wie die Ausbeute industriell und ökonomisch interessanter Stoffe optimiert werden kann. Zurzeit laufen drei Projekte in diesem Bereich, die sich mit Stärke, Fettsäuren und Glykosinolaten beschäftigen. Diese Themen sind eng mit den Aktivitäten unserer Gruppe verknüpft, die neuartige theoretische Konzepte entwickeln. So haben wir kürzlich aufgezeigt, wie biochemische Polymerreaktionen mit Hilfe der statistischen Thermodynamik beschrieben werden können, und damit komplett neuartige Parallelen zwischen zwei recht verschiedenen Forschungsgebieten entdeckt. Diese Aktivitäten werden ebenfalls schwerpunktmäßig weiterverfolgt.

Beiträge zum BioSC

In der modernen Biologie werden theoretische und computergestützte Analysen immer wichtiger, um die Vielzahl an neuen quantitativen Daten verstehen und interpretieren zu können. Mit unserer Expertise in der Theorie- und Modellbildung können wir einer Vielzahl an experimentellen Gruppen als Partner zur Verfügung stehen, um in interdisziplinärer Zusammenarbeit Modelle zu entwickeln, die unser Verständnis der biologischen Systeme vertiefen und es uns erlauben, Vorhersagen zu treffen, wie das System auf Perturbationen reagiert. Solche Modelle bieten eine Grundlage, zielgerichtet ökonomisch effiziente Verfahrenstechniken zu entwickeln.
Systems Engineering: Wir tragen Expertise bei, um mit modellgestützten Methoden die Produkt- und Prozessentwicklung in der Bioökonomie zu unterstützen.
Mikrobielle und molekulare Stoffumwandlung: Durch Modellierung komplexer Stoffwechselwege unterstützen wir interdisziplinäre Projekte, die die Syntheseleistung von Pflanzen und Mikroben ausnutzen wollen, um wertvolle Stoffe nachhaltig zu produzieren.
Homepage der Core Group Prof. Ebenhöh