Programm im Wintersemester 2005/2006
Abteilung für Theoretische Biologie der Universität Bonn

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Seminar
Mittwochs, 17-19h
BIS, Raum 408
Systems Biology - Rekonstruktion von Netzwerkmodellen W. Alt und Mitarbeiter
Praktika
Zeitgruppe I
24.10. - 18.11. 2005
BIS, Raum 408/409
Mathematical models and computer simulations in microbiology and biotechnology W. Alt d. J. Kreft
Zeitgruppe II
21.11. - 16.12.2005
BIS, Raum 408/409
Modellbasierte Datenauswertung in der Neuro- und Zellbiologie W. Alt
Vorlesung
Donnerstags, 17.00 - 18.30 Uhr
BIS, Raum 408, Zeit geändert
Molekulare Biophysik W. Alt d. M. Rost
Montags, 11.15 - 12.45 Uhr
Großer Hörsaal, Zoologie, Poppelsdorfer Schloß
Mathematik in der Biologie I M. Rost
Freitags, 10.15 - 11.00 Uhr
Großer Hörsaal, Mathematik, Wegelerstraße 10
Ergänzungsstunde zu Mathematik in der Biologie I M. Rost

8170 Seminar zur Theoretischen Biologie: Systems Biology - Rekonstruktion von Netzwerkmodellen

Termin: Mittwochs, 17-19h
Leitung:
Wolfgang Alt und Mitarbeiter
Ort: BIS, Raum 408

Beschreibung:
"Systems Biology" ist in aller Munde: Es geht darum, aus der Fülle molekular-biologischer Daten, etwa von Genexpressions-Assays, zu schließen, welche Wechselwirkungen zwischen den Proteinen und eventuellen regulatorischen Faktoren bestehen. In der Genomics sollen die Funktionen nicht- kodierender Genabschnitte bei der Genregulation aufgeklärt werden, in der Proteomics geht es um die Konstruktion von Signaltransduktions-Ketten oder -Netzen und in der sogenannten Metabolomics um die Charakterisierung von Umschaltprozessen zwischen verschiedenen Stoffwechsel-Wegen. Aber auch zeitlich hochauflösende neuro-physiologischer bzw. neuro-ethologischer Daten stehen heute zur Verfügung, aus denen die Funktionsweise von hypothetischen neuronalen Netzen etwa zur Steuerung der Senso-Motorik zu "rekonstruieren" ist. Für diese immer wichtiger werdenden Problemstellungen müssen quantitative Methoden der Bioinformatik und Biomathematik herangezogen werden. Im Seminar werden ausgewählte Beispiele aus den angesprochenen Anwendungsbereichen vorgestellt und an ihnen die verschiedenen Methoden der Netzwerk-Konstruktion und -Analyse sukzessive entwickelt. Dabei werden sowohl fertige Software-Pakete als auch ad-hoc geschriebene MATLAB-Programme benutzt, um die Prozesse der modellgestützten Datenauswertung und datenerklärenden Simulation begreifbar und sichtbar zu machen.

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Grundkenntnisse in mathematischer Modellierung. Erfahrung mit Rechner-Software ist vorteilhaft, wird aber nicht vorausgesetzt (wir werden im Seminar teilweise verschiedene Programme kennenlernen und anwenden).

Bedingungen für die Scheinvergabe: Referat oder Rechner-Präsentation einer Programm-Anwendung, jeweils mit Ausarbeitung (Thesenpapier)

Kontakt: Wolfgang Alt, Abteilung Theoretische Biologie, Kirschallee 1, 53115 Bonn
Tel: 73-5577
e-mail: wolf.alt@uni-bonn.de

Teilnehmerzahl: 12 - 16

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8110 Blockpraktikum: Mathematical models and computer simulations in microbiology and biotechnology
Ökumblock

Termin: 1. Zeitgruppe (24.10. - 18.11.2005)
Leitung:
Wolfgang Alt durch Jan Kreft

Description: Please note that this course consists of two consecutive two-week modules that are taught in English and may be attended by students enrolled in Diplom-Biologie or Master in Molecular Biotechnology curricula. While we would like to encourage students to participate in both modules to take full advantage of synergistic effects, the modules are separate and can be taken and credited independently (6 credits per module for Master students, ein Schein für einen halben oder ganzen Block für Diplom-Studenten).

Module 1: Growth of microorganisms in nature's own and our bioreactors (first two weeks) This module deals with the population level of organisation. We will learn how the growth of microorganisms in various types of reactors such as chemostats, multi-stage chemostats, and fed-batch cultures can be described by mathematical models in order to understand and predict the growth and stability of pure and mixed cultures of microorganisms. This will include the dependence of growth on substrate and product concentrations as well as positive and negative metabolic interactions between different species in mixed cultures. These interactions are central to Microbial Ecology and many ecological principles can be studied using these microbial systems: Biotechnology is actually Applied Ecology where the environment is engineered in such a way as to foster just the growth or activity of the desired organisms.

Module 2: Metabolic networks in microorganisms (last two weeks) This module will deal with the cellular level of organisation. We will try to gain an understanding of the evolution and characteristics of metabolic networks as the basis for metabolic engineering in a rational way. Learning kinetic approaches to model metabolic fluxes like Metabolic Control Theory will allow us to answer questions such as the following: Why can overexpression of key catabolic enzymes result in a reduced metabolic flux and growth rate? Have metabolic pathways such as glycolysis evolved to maximize the rate of ATP production or other goal functions? What is the optimal pathway length and design?

Vorkenntnisse und Voraussetzungen:Grundkenntnisse in Mathematik und Mikrobiologie wären nützlich, geringere Vorkenntnisse erfordern ein entsprechend stärkeres Engagement.

Ort der Blockplatzvergabe: BIS, Raum 408
Bedingungen für die Scheinvergabe: Aktive Teilnahme, Anfertigung der Protokolle, und Literatur-Referat.
Teilnehmerzahl: 10 (zusätzlich werden 2 Master Studenten an dem Block-Praktikum teilnehmen)

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8122 Blockpraktikum: Modellbasierte Datenauswertung in der Neuro- und Zellbiologie

Termin: 2. Zeitgruppe (21.11. - 16.12.2004)
Leitung:
Wolfgang Alt

Kurzbeschreibung: Die aktuelle experimentelle Forschung der Biologie stößt zunehmend auf Probleme, in denen komplexe Funktionsbeziehungen aufgedeckt und erklärt werden sollen (etwa in der Neuroethologie oder der molekularen Zellbiologie). Dabei reicht die "klassische Statistik" mit ihrem Angebot an Standard-Tests nicht aus, weil hierzu nötige vereinfachende Annahmen oft nicht erfüllt sind. Vielmehr erforderlich, und zum Verständnis der biologischen Zusammenhänge überhaupt erst interessant, ist daher eine statistische Datenauswertung unter Benutzung von Modellen, die dem jeweiligen Problem angepasst sind und versuchen, mögliche Mechanismen der zugrundeliegenden Prozesse zu erfassen.
Mit Hilfe von Rechnerprogrammen und geeigneten Statistik-Paketen sollen im Laufe dieses Praktikums einige typische Auswertungs-Probleme der Neurophysiologie, Neuroethologie und Zellbiologie anhand von speziellen Beispiel-Projekten behandelt werden: In Zweiergruppen am Arbeitsplatzrechner werden simulierte und experimentelle Datensätze graphisch dargestellt. Thematisch ist eine Auswahl aus folgenden Problemkreisen geplant:

Vorkenntnisse und Voraussetzungen:Grundkenntnisse in Statistik (Anfängerpraktikum), Bereitschaft zu projekt-orientierten Untersuchungen; Erfahrungen mit Rechner-Software ist vorteilhaft aber nicht vorausgesetzt (wir werden vornehmlich MATLAB benutzen).

Ort der Blockplatzvergabe: BIS, Raum 408
Bedingungen für die Scheinvergabe: Anfertigung der Projekt-Protokolle in jeder Gruppe, Einführungs-Referat bzw. Abschluss-Präsentation.
Teilnehmerzahl: 12 (1 Platz im voraus vergeben)

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8074 Vorlesung: Molekulare Biophysik

Termin: Donnerstags, 17.00 - 18.30 Uhr, Zeit geändert
Leitung:
W. Alt d. M. Rost

Kurzbeschreibung: Biologisches Wissen entwickelt sich rapide auf dem Gebiet kleiner und kleinster Skalen und bedarf zur Beschreibung der Sprache der Physik und Mathematik. Ziel der Vorlesung ist es, diese Verbindung zu schaffen, Studierende der Biologie an interessanten Beispielen mit dieser Sprache vertraut zu machen, und denen aus Mathematik und Physik faszinierende biologische Anwendungen näherzubringen.
Nach einer kurzen geschichtlichen Einführung und einem Überblick über die molekularen Bestandteile der Zelle werden die Gundlagen der physikalischen Vorgänge in einer Zelle dargestellt, wie thermodynamische Gesetze, Diffusion und Bewegung in zähen Flüssigkeiten. Vor diesem Hintergrund werden nun biologische Phänomene vorgestellt: Selbstorganisierte Zusammenlagerung, z.B. von Amphiphilen zu Membranen, Surfactants auf Grenzflächen, mechanische Eigenschaften und Elastizität von Polymernetzen. In einem weiteren Schritt werden davon ausgehend Beispiele "aktiver" biologischer Dynamik erarbeitet, wie Enzymkinetik, molekulare Motoren, Ionenpumpen und Signalübertragung in Nerven und Synapsen. Die zweistündige Vorlesung richtet sich an Studierende der Biowissenschaften und Medizin, aber auch der Informatik, Mathematik, Physik und Chemie.

Vorkenntnisse und Voraussetzungen:Grundkenntnisse in Biologie und Mathematik, letztere nicht über im biologischen Grundstudium vermittelten hinaus. Mathematische und physikalische Vorstellungen werden jeweils direkt an den behandelten Systemen vorgestellt und hergeleitet.

Ort der Veranstaltung: BIS, Raum 408
Teilnehmerzahl: 10 - 16

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6521 Vorlesung: Mathematik in der Biologie I

Termin: Montags, 11.15 - 12.45 Uhr,
Leitung:
W. Alt d. M. Rost

Kurzbeschreibung: Einführung in die Mathematik als Werkzeug in den Biologischen Wissenschaften. Hauptbestandteile: (1) Statistische Methoden, (2) Grundlagen der Modellierung biologischer Prozesse, (3) Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie zur Auswertung in Genomik und Proteomik. Erster Teil eines zweisemestrigen Kurses.
Auf der Seite der Vorlesung, www.theobio.uni-bonn.de/studies/mathebio1.html befinden sich, ein fortlaufendes Skript der Vorlesung, ein Skript aus dem Vorjahr, Übungsblätter, die Gruppeneinteilung und Literaturhinweise. Begleitend zur Vorlesung: Übungen, Mo-Do nachmittags in BIS Seminarraum 2 und CIP-Raum, und Ergänzungsstunde freitags 10.15-11.00, Großer Hörsaal, Mathematik, Wegelerstraße 10.

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Abiturkenntnisse in Mathematik.

Ort der Veranstaltung: Poppelsdorfer Schloß, Zoologie, Großer Hörsaal
Teilnehmerzahl: ca. 160

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