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Technische Fakultät

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„Inklusive Ko-Konstruktion sozialer Signale des Verstehens“: Neues Teilprojekt im Transregio-Sonderforschungsbereich „Erklärbarkeit konstruieren“ (TRR 318) gestartet

Veröffentlicht am 25. Januar 2023

Wenn sich Menschen einander etwas erklären, beobachten sie oft die Signale von Unverständnis bei ihrem Gegenüber, um ihre Erklärung gegebenenfalls anzupassen. Dieses Verfahren wollen Wissenschaftler*innen in einem neuen Teilprojekt des Transregio-Sonderforschungsbereichs „Erklärbarkeit konstruieren“ (TRR 318) auch in Maschinen ermöglichen. Doch in der Interaktion von Mensch und Maschine birgt der Ansatz Tücken. Kristina Nienhaus stellt drei Fragen an die Projektleiterin Junior-Professorin Dr. Hanna Drimalla von der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld.

Hier geht es zum vollständigen Artikel im Aktuell-Blog: https://aktuell.uni-bielefeld.de/2023/01/25/erklaeren-ist-immer-eine-zweiseitige-sache/

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Tags: 318 trr

Effizienter ernten mit intelligentem Sensornetzwerk

Veröffentlicht am 23. Januar 2023
Nach zweijähriger Laufzeit präsentierte ein Innovationsprojekt des CoR-Lab der Universität Bielefeld und des Landmaschinenherstellers CLAAS seine Ergebnisse.[Weiterlesen]
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Humanzentrierte Automation: Ministerin besucht Verbundlabor

Veröffentlicht am 19. Januar 2023

Steigende Energiepreise, belastete Lieferketten sowie der Mangel an Fachkräften stellen derzeit auch die mittelständischen Unternehmen vor Herausforderungen. Die Regionen brauchen Leistungs- und Transferzentren, die mit neuen Entwicklungen und den richtigen Angeboten und Lösungen für Resilienz und Standortsicherung im Mittelstand sorgen können. Wie und wie gut solche Orte Wissenschaft und Wirtschaft zusammenbringen, wollte Mona Neubaur, seit 2022 Ministerin für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen, am 12. Januar begutachten. In Lemgo besuchte sie Vertreter*innen der Universität Bielefeld und des Fraunhofer IOSB-INA und informierte sich, wie die Vernetzung zwischen anwendungsorientierter Forschung und Industrie standortübergreifend funktionieren kann. 

Hier geht es zum vollständigen Artikel im Aktuell-Blog:

https://aktuell.uni-bielefeld.de/2023/01/18/humanzentrierte-automation-ministerin-besucht-verbundlabor/


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Köpfe der Technischen Fakultät: Prof. Dr. Jens Stoye (3)

Veröffentlicht am 9. Januar 2023

Im neuen Jahr geht unsere Serie "Köpfe der Technischen Fakultät" mit Prof. Dr. Stoye weiter. Jens Stoye ist Professor für Genominformatik an der Technischen Fakultät und geschäftsführender Leiter des Bielefelder Institut für Bioinformatik-Infrastruktur (BIBI) .

Prof. Dr. Jens Stoye Foto: Universität Bielefeld

Wer bin ich?

Mein Name ist Jens Stoye. Ich bin seit 2002 an der Technischen Fakultät Professor für Genominformatik.

Zuvor habe ich bereits an der Technischen Fakultät studiert und promoviert. Daher kenne ich die Fakultät aus verschiedenen Blickwinkeln. Als ich mein Studium 1990 begann, existierte der Diplomstudiengang „Naturwissenschaftliche Informatik“ im zweiten Jahr. Alles war noch ganz neu. Alles war noch im Entstehen. Es herrschte eine gewisse Aufbruchsstimmung. Das Konzept der Interdisziplinarität an der Technischen Fakultät, die keine Informatik-, keine Biotechnologie-, keine Ingenieur- und keine Robotik-Fakultät ist, sondern irgendetwas dazwischen, zeigte sich auch damals schon. Es gab Informatiker, die aus Osnabrück, Dortmund oder München kamen und in Bielefeld wiederum auf Biotechnologen getroffen sind. Alle mussten sich zunächst einmal zusammenfinden, um gemeinsam eine Fakultät aufzubauen. Die Lehrenden, die Promovierenden und Postdocs waren selbst erst in der Findungsphase, wie diese gemeinsame Fakultät funktionieren kann. Und wir als Studierende waren auch irgendwie dazwischen und haben diese besondere Atmosphäre, die vielen Ideen aufgesogen. Die Vorlesungen und Seminare waren meistens gar nicht so gut organisiert, aber extrem kreativ. Und das war toll!

Nach meinem Studium war meine Promotionsstelle in der Mathematik angesiedelt. Dort war alles sehr sehr klar organisiert. Den Kontakt zu den Informatikern habe ich immer gehalten und letztlich habe ich, weil es thematisch besser passte, auch in der Informatik meine Doktorarbeit abgegeben. Ich kenne also den Unterschied zwischen einem klassischen Fach wie dem der Mathematik zu einem kreativen Fach wie dem der Naturwissenschaftlichen Informatik, an der mehrere Disziplinen beteiligt sind.

Nach meiner Promotion im Jahr 1997 ging ich für ein Jahr als Postdoc an die University of California in Davis, dann weitere zweieinhalb Jahre an das Deutsche Krebsforschungszentrum in Heidelberg und darauf folgend habe ich bis 2002 eine Nachwuchsgruppe für Algorithmische Bioinformatik am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin geleitet. Zum 1. März 2002 bin ich als Professor für Genominformatik nach Bielefeld zurückgekehrt und habe es bisher nicht bereut.

Worum geht es in meiner Forschung?

In der Genominformatik analysieren wir im Großen und Ganzen molekularbiologische Daten. Wir haben uns auf das Thema der komparativen Genomik spezialisiert, d.h. wir untersuchen also nicht nur ein spezielles Genom, sondern mehrere, die wir vergleichen wollen. Heutzutage teilt sich auch dieses Gebiet mit Teilbereichen wie Metagenomik oder Pangenomik noch weiter auf .

An welchen Projekten arbeite ich aktuell?

Ich arbeite aktuell an zwei Schwerpunkten. Zum einen bin ich an zwei EU-Verbundprojekten im Bereich der Pangenomik beteiligt. Anders als in der klassischen komparativen Genomik, die nach Ähnlichkeiten und Unterschieden bei verschiedenen Spezien sucht, also der Frage nach Unterschieden beispielsweise zwischen Mensch und Maus, interessiert sich die Pangenomik für Ähnlichkeiten und Unterschiede innerhalb einer Spezies. Wenn man beispielsweise zwei menschliche Individuen nimmt und die Genome der beiden Position für Position vergleicht, dann ist, grob gesprochen, jede tausendste Position unterschiedlich. Die Pangenomik interessiert sich dafür, was diese Unterschiede ausmachen? Die informatische Herausforderung ist es dabei, zum einen diese Unterschiede überhaupt zu finden und zum anderen mit der Datenmenge von beispielsweise einer Million menschlicher Genome zurechtzukommen. Anschließend stellt sich die Frage, wie die gefundenen Unterschiede zu erklären sind. Und an der Stelle müssen wir dann natürlich mit Populationsgenetiker:innen, mit Anthropolog:innen oder auch mit Mediziner:innen zusammenarbeiten. Viele Krebsarten werden z.B. mit Fehlern in der Genomkopie in Zusammenhang gebracht. In diesem Bereich der Pangenomforschung versuchen wir im Moment die Methoden weiterzuentwickeln.

Ein weiterer Schwerpunkt meiner Forschung ist der Bereich der Bioinformatik-Infrastruktur. Ich leite das Bielefelder Institut für Bioinformatik-Infrastruktur (BIBI), das an der Technischen Fakultät angesiedelt ist. Ziel ist es, die notwendige Infrastruktur sowohl für Biologen wie auch Bioinformatiker bereitzustellen. Dazu sind wir beteiligt am Deutschen Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI), das eine Cloudinfrastruktur an acht Standorten über ganz Deutschland verteilt betreibt. Einer dieser Standorte ist die Universität Bielefeld. Es geht aber auch um die Bereitstellung von technischen Dienstleistungen, also wie konfiguriere ich überhaupt die Computer, sodass auch Nicht-Informatiker sie benutzen können. Das können z.B. Doktoranden der Biologie sein, die Daten haben, die auf einem Großrechner analysiert werden sollen, aber selbst nicht wissen, wie man mit einem Großrechner interagiert. An dieser Stelle versuchen wir, eine Zwischenebene einzubauen, die es den Nutzer:innen ohne viel Vorwissen ermöglicht, dass ihr Rechenprozess auf einem Großrechner läuft. Wenn die Rechnung fertig ist, bekommen die Nutzer:innen ihre Ergebnisse zurück. Der Vorteil dieser akademischen „de.NBI-Cloud“ ist es, dass wir garantieren, dass die Daten an den Standorten in Deutschland gespeichert werden und sicher sind. Und dennoch versuchen wir, ähnlich wie Amazon oder Google, ein relativ einfaches Interface zu bauen, mit dem man gut interagieren kann. Wir gehen also das Thema der Bioinformatik-Infrastruktur auf mehreren Ebenen an: Die erste Ebene stellt die Hardware zur Verfügung, die zweite Ebene widmet sich der Konfiguration und auf der dritten Ebene wird in der Graduiertenschule „Digital Infrastructure for the Life Sciences“ des BIBI die Software für die jeweiligen Analysen entwickelt. Die vierte Ebene bietet schlussendlich eine Art Helpdesk. Wir beraten also explizit die Nutzer:innen bei ihren Fragen: Z.B. welche Software bei den jeweiligen Daten benutzt werden könnte und welche Voraussetzungen an die jeweilige Software geknüpft sind? Ist das Programm auf einem Laptop installierbar oder braucht es eine größere Rechenkapazität etc.? Und wenn eine größere Rechenkapazität notwendig ist, können wir unsere Cloud-Infrastruktur anbieten, für deren Benutzung wir wiederum Schulungskurse anbieten. Sollten die Schulungen nicht ausreichend sein, gibt es die Möglichkeit, bei sogenannten Hackathons über eine ganze Woche im Austausch mit anderen Wissenschaftler:innen an den Daten zu arbeiten, so dass am Ende des Tages die Rechnungen wie gewünscht funktionieren. Ziel all der Unternehmungen ist es, dass nicht jedes Labor eine eigene Infrastruktur und auch die Expertise, diese zu nutzen, vorhalten muss. Zusätzlich zum BIBI bin ich im Rahmen der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI), einem deutschlandweiten Netzwerk aus inzwischen ca. dreißig Netzwerken der verschiedensten Fächer, an den Forschungsdateninfrastrukturen für Mikrobiota, also für Mikrobenforschung, und für Biodiversitätsforschung beteiligt.

Was treibt mich an?

Um die Frage zu beantworten, möchte ich ein wenig ausholen. Ich habe mich am Anfang meines Studiums bis hin zum Diplom mehr in Richtung Physik als in Richtung Biologie orientiert. Später habe ich festgestellt, dass die Molekularbiologie eigentlich auch extrem spannende Fragestellungen liefert und meine Promotion in diese Richtung fortgeführt. Da die Naturwissenschaftliche Informatik die Richtungsentscheidung lange offenlässt, war das möglich. Die Grundlagen in der Molekularbiologie und in der Genetik hatte ich in meinem Studium bereits gelernt. Das ist bis heute nützlich für mich. Weitere Einblicke habe ich bei den Medizinern am Deutschen Krebsforschungszentrum und bei den Genetikern am Max Planck-Institut für molekulare Genetik erhalten. Die verschiedenen Blickwinkel und Zugänge sind es, die mich am meisten faszinieren. Einerseits brauchen wir fundierte „Hardcore“-Informatik, um das, woran wir forschen, überhaupt umsetzen zu können. Andererseits benötigen wir ein Grundverständnis und eine gewisse Neugier im Bereich der jeweiligen Anwendung, um Modelle und Problemlösungsstrategien erarbeiten zu können, die dann auch geeignet sind, die Forschung in dem jeweiligen Anwendungsgebiet voranzubringen. Ein gutes Ergebnis ist also nicht nur die Laufzeit und der Speicherplatz unserer Berechnungen, sondern vielmehr, wie sehr sich diese auf die Fragestellungen der Nutzer:innen beispielsweise aus der Biologie beziehen lassen, damit die Wissenschaftler:innen dann wiederum daraus ihre Erkenntnisse gewinnen können. Diese beiden Herangehensweisen an die Arbeit machen es jeden Tag spannend!

Was zeichnet die Technische Fakultät aus? Was macht sie besonders?

Die Technische Fakultät zeichnet ihr Gründungsgedanke aus; also eine Fakultät zu schaffen, die sich auf technische Bereiche konzentriert, in der es aber keine engen Fachgrenzen gibt. Im Gegenteil, die kooperative Zusammenarbeit ist gewünscht und wird gefördert. Das ist ziemlich einmalig, finde ich! An keinem der anderen Standorte, an denen ich war, habe ich das in der Form erlebt. Und ich hoffe auch, dass wir das weiterhin so durchhalten können. Auch in Zukunft sollte die Frage leitend sein, ob jemand interessante Forschung macht, die im Bereich der Technischen Fakultät liegt. Und da darf es auch keine Grenzen geben! Die Durchlässigkeit zwischen den einzelnen Disziplinen ist das Besondere! Bereits der erste Studiengang dieser Fakultät, die Naturwissenschaftliche Informatik, zeigte eindrücklich, dass alle, die naturwissenschaftliche Vorgänge mit dem Computer modellieren, zur Technischen Fakultät gehören können. Meine Biografie veranschaulicht das auch noch einmal. Denn wie gesagt, eigentlich habe ich mich in Richtung Physik orientiert und später festgestellt, dass die informatischen Fragen aus dem Bereich der Molekularbiologie mich doch noch mehr interessieren. Und aufgrund der strukturellen Gegebenheiten dieser Technischen Fakultät war ich in der Lage, den Schwenk hin zur Bioinformatik zu machen. Wenn also ein Studierender der Physik mit dem Interesse im Gebiet der Informatik seine Abschlussarbeit bei mir schreiben möchte, dann betreue ich die Arbeit gerne und das gilt auch für die Arbeiten anderer naturwissenschaftlicher Bereiche. Der Austausch zwischen den Disziplinen ist es, was mich an dieser Technischen Fakultät fasziniert. Klar kann man immer sagen, dass es noch viel zu wenig gemeinsame Projekte zwischen den Biotechnolog:innen und Bioinformatiker:innen gibt. Aber das ist dann wiederum ein Anreiz für mich, mich dahingehend weiterzuentwickeln.

Was ist bei meiner Arbeit aktuell die größte Herausforderung?

Bei meiner wissenschaftlichen Arbeit sind die Herausforderungen alle nicht so groß wie die Herausforderung, mit den Verwaltungsstrukturen einer Universität zurechtzukommen. Leider sind die Rahmenbedingungen über die letzten zwanzig Jahre nicht besser, eher schlechter geworden. Das beginnt bereits bei den Sekretariaten, die heute eine Vielzahl an Aufgaben übernehmen müssen und darüber zur eigentlichen Unterstützung des wissenschaftlichen Betriebs gar nicht mehr ausreichend Zeit haben. Verwaltungsaufgaben strengen mich sehr an! Nicht jeder sieht, dass Forschung und Lehre vordergründig Priorität haben sollten. Meiner Wahrnehmung nach war das vor zwanzig Jahren noch anders. So traurig es auch ist, sehe ich den Bereich der verwaltenden Aufgaben für mich, aber auch für den ganzen Universitätsbetrieb als größte Herausforderung.

Wenn ich mir etwas wünschen würde, dann wäre es?

Ich wünsche mir einerseits mehr Zeit für Forschung und Lehre. Aber andererseits ist es kein Geheimnis, dass man ab einem gewissen Stadium als Wissenschaftler:in im Wesentlichen Wissenschaftsmanager:in ist. Richtig glücklich bin ich als Wissenschaftler, wenn ich wie gestern Abend dann doch mal bis um zehn, halb elf Zeit habe, interessante Fragestellungen zu bearbeiten. Leider sind das nur zwei Stunden pro Woche. Es ist ein Irrglaube, dass sich ein Professor 25 Stunden die Woche seiner Forschung und in der übrigen Zeit der Lehre widmen kann. So ist es leider nicht. Mein Wunsch wäre also, mehr von Verwaltungsarbeiten entlastet zu sein.

Wer soll der nächste „Kopf der Technischen Fakultät“ werden?

IT-Infrastruktur spielt eine große Rolle, das habe ich in meinen Antworten bereits herausgehoben. Deshalb würde mich die Philosophie hinter den Entscheidungen zu einer Universitäts-IT-Infrastruktur interessieren. Ich denke dabei z.B. an das Thema Sicherheit. Wählt man mehr Sicherheit auf Kosten der Flexibilität oder geht man ein höheres Risiko ein, um mehr Freiheiten zu haben? Wie findet man da die richtige Balance? Oder wie geht es weiter mit der IT-Versorgung bei den Studierenden? Spielt das überhaupt noch eine Rolle, da jeder mittlerweile mehrere Kommunikationsgeräte nutzt und auch besitzt? Hat also ein klassischer Rechner-Schulungsraum noch eine Zukunft? Gibt es Überlegungen, die unterschiedlichen Netzwerke an der Technischen Fakultät wieder zusammenzuführen; vielleicht sogar hin zu einer großen Uni-Compute-Infrastruktur, an der sich alle gemeinsam finanziell beteiligen? Der Leiter der IT an der Technischen Fakultät, Michael Götting, könnte dazu vielleicht interessante Dinge erzählen. Als zweiten Vorschlag möchte ich meine Sekretärin Heike Samuel in ihrer Rolle als Beauftragte für das elektronische Vorlesungsverzeichnis nennen. Denn das ist auch eine zentrale Schnittstellenposition. Sie kommuniziert mit jedem Lehrenden in der Fakultät, da sie die Einträge im eKVV macht.

 

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Tags: tf-köpfe

Frohe Weihnachten

Veröffentlicht am 23. Dezember 2022

Die Technische Fakultät wünscht allen Mitarbeiter*innen und Studierenden schöne Weihnachtsfeiertage und einen guten Rutsch ins neue Jahr 2023!


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"Köpfe der Technischen Fakultät: Prof. Dr. Franz Kummert (2)

Veröffentlicht am 5. Dezember 2022
Es geht weiter mit unserer Serie "Köpfe der Technischen Fakultät". Auf Prof. Dr. Barbara Hammer folgt Prof. Dr. Franz Kummert, Stellvertretender Wissenschaftlicher Direktor der Zentralen Wissenschaftlichen Einrichtung CoR-Lab.[Weiterlesen]
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ISY-Kongress kürt bestes Studierendenprojekt des Jahres

Veröffentlicht am 2. Dezember 2022
Am 25.11.22 hat der jährliche Kongress des Master-Studiengangs Intelligente Systeme stattgefunden, in dessen Rahmen auch der Best Project-Award vergeben wird. Gewonnen hat der Beitrag „Privacy-Preserving Federated Learning” der Studierenden Hela Jemli, Fabian Luca Reichwald und Louis Scheu. [Weiterlesen]
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„Köpfe der Technischen Fakultät“: Prof. Dr. Barbara Hammer (1)

Veröffentlicht am 1. Dezember 2022
Wer forscht, lehrt, lernt und sorgt dafür, dass alles läuft an der Technischen Fakultät? Heute starten wir hier auf dem Blog unsere Serie „Köpfe der Technischen Fakultät“.

Den Auftakt macht Prof. Dr. Barbara Hammer, Leiterin der AG Maschinelles Lernen.

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Tags: tf-köpfe

CITEC-Team gewinnt erstmals bei RoboCup German Open

Veröffentlicht am 20. Mai 2019

Das RoboCup-Team des Exzellenzclusters CITEC und der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld hat sich in der Haushaltsliga der RoboCup German Open in Magdeburg durchgesetzt und sich in dem Wettbewerb erstmals den ersten Platz gesichert. Das „Team of Bielefeld“ (ToBI) trat in diesem Jahr mit dem neuen Serviceroboter TIAGo an. Neun Teams starteten in der RoboCup@Home-Liga. Sie kamen aus Deutschland, den Niederlanden, Mexiko, Frankreich und Indien.

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Tags: citec

Juniorprofessor Alexander Grünberger erhält DECHEMA-Hochschullehrer-Nachwuchspreis

Veröffentlicht am 15. Mai 2019
Juniorprof.Dr.-Ing Alexander GrünbergerFoto: Akademie der Wissenschaften und der Künste NRW
Juniorprof.Dr.-Ing Alexander Grünberger Foto: Akademie der Wissenschaften und der Künste NRW
Juniorprofessor Dr. Alexander Grünberger (33) ist mit dem DECHEMA-Hochschullehrer-Nachwuchspreis für Biotechnologie 2019 ausgezeichnet worden. Mit seinem Vortrag „Einzelzellbioreaktoren in der Biotechnologie: Science oder Fiction?“ überzeugte er Jury und Publikum der Frühjahrstagung. Alexander Grünberger beschäftigt sich in seiner Forschung mit der Entwicklung mikrofluidischer Einzelzellbioreaktoren und deren Anwendung im Bereich Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik. Alexander Grünberger arbeitet seit April 2017 im Bereich Biotechnologie an der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld. Er leitet die Arbeitsgruppe „Multiscale Bioengineering“ und ist gleichzeitig mit dem Forschungszentrum Jülich assoziiert. Er wurde Anfang des Jahres in das Junge Kolleg der Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste aufgenommen.
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Wie das Gehirn Sinnesreize kombiniert

Veröffentlicht am 3. Mai 2019
Bielefelder Forschende mit Studie zu Flexibilität der Sinneswahrnehmung

Hören, Sehen, Tasten – unser Gehirn erfasst ganz verschiedene Sinnesreize und verknüpft sie miteinander. Dabei hat das Gehirn eine Art eingebaute Filterfunktion: Kombiniert werden Sinneseindrücke nur dann, wenn es für die aktuelle Aufgabe erforderlich und sinnvoll ist. Diese Flexibilität der Wahrnehmung haben Forschende der Universität Bielefeld, der University of Oxford (Großbritannien) und der Aix-Marseille Université (Frankreich) untersucht. Ihre Studie erschien gestern (29.04.2019) in der Zeitschrift „Neuron“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen darin, wo im Gehirn Sinnesreize kombiniert werden und in welchem Hirnareal sich Flexibilität verorten lässt. Aus Bielefeld sind Professor Dr. Christoph Kayser und Dr. Hame Park vom Exzellenzcluster CITEC an der Studie beteiligt.


Prof. Dr. Christoph Kayser. Foto: CITEC/ Universität Bielefeld
Prof. Dr. Christoph Kayser. Foto: CITEC/ Universität Bielefeld
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Tags: citec

Wie die Mobilität der Zukunft aussehen kann

Veröffentlicht am 8. April 2019
Universität Bielefeld koordiniert Vorstudie „Vernetzte Mobilität OWL“

Bedarfsgerechte Verkehrsmittel, keine Bindung an Abfahrtszeiten oder Haltestellen und eine kostengünstige Nutzung: Das ist die Vision der Mobilität der Zukunft. Wie diese konkret aussehen kann, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Bielefeld, der Fachhochschule Bielefeld, der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe und des Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo ab sofort in der gemeinsamen Vorstudie „Vernetzte Mobilität OWL“. Die Studie bildet die Grundlage für vier Einzelprojekte, die sich im Qualifizierungsverfahren der Regionale 2022 befinden. Gefördert wird die Vorstudie aus Mitteln des Landes Nordrhein-Westfalen. Projektkoordinator ist Dr. Thorsten Jungeblut vom Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Vorstudie. Dr. Thorsten Jungeblut vom CITEC (re.) koordiniert das Projekt. Foto: Universität Bielefeld
Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Vorstudie. Dr. Thorsten Jungeblut vom CITEC (re.) koordiniert das Projekt. Foto: Universität Bielefeld
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Tags: citec

Universität Bielefeld auf der Hannover Messe 2019

Veröffentlicht am 1. April 2019
Vier Präsentationen, darunter: neuer Algorithmus zur verbesserten Steuerung von Handprothesen

Die Universität Bielefeld präsentiert sich auf der Hannover Messe 2019 vom 1. bis 5. April mit dem Forschungsinstitut für Kognition und Robotik (CoR-Lab) und dem Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC). Die Forschenden stellen Plattformen und Anwendungen für maschinelles Lernen vor. Ein Beispiel ist ein neues Verfahren für die schnelle Anpassung von Handprothesen. Das System ermöglicht auch dann eine einwandfreie Steuerung einer Handprothese, wenn sich die Messelektroden auf der Haut verschoben haben. Das System ist eine von vier Präsentationen der Universität, zu denen auch ein neues Startup-Unternehmen von CITEC-Forschenden gehört. 

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Bakterien-Partnerschaften finden, um Nahrungsproduktion zu sichern

Veröffentlicht am 21. März 2019

EU-Forschungsprojekt „Simba“ untersucht Mikrobiome

Wie können Kleinstlebewesen dazu dienen, in Zukunft die Nahrungsproduktion zu sichern? Das untersucht das EU-Forschungsprojekt „Simba“. Zu den 23 Projektpartnern aus elf Ländern gehört das Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld. „Wir befassen uns mit Mikrobiomen – das sind Gemeinschaften von Kleinstlebewesen wie Bakterien und Pilze“, sagt Dr. Alexander Sczyrba, Leiter einer CeBiTec-Forschungsgruppe und zuständig für ein Simba-Teilprojekt.

Dr. Alexander Sczyrba und Dr. Andreas Schlüter an einer Sequenziermaschine;
Foto: Universität Bielefeld

„Mikrobiome gibt es überall auf der Welt – in Äckern, Biogasanlagen, Aquafarmen oder auch im Magen-Darm-Trakt von Menschen. In diesen Gemeinschaften arbeiten Mikroben gewissermaßen zusammen und sorgen für besondere Effekte, die wir uns zunutze machen wollen.“ So können Bakterien-Gemeinschaften in Böden Nährstoffe für Pflanzen zugänglich machen, sodass Weizen, Kartoffeln oder Tomaten besser gedeihen. Auch können sie die Pflanzen vor krankmachenden Mikroorganismen schützen. In Biogasanlagen zersetzen Mikrobiome Gülle oder nachwachsende Rohstoffe so, dass der Biokraftstoff Methan entsteht. Die Darmflora – das Mikrobiom im Magen-Darm-Trakt – schützt je nach Zusammensetzung vor Krankheiten und Vergiftungen.

Suche nach nützlichen Genen

Alexander Sczyrba ist Spezialist für die bioinformatische Auswertung von Metagenomen. Das Genom ist das gesamte Erbgut eines Lebewesens, ein Metagenom enthält die DNA-Information aller Organismen eines Mikrobioms. „Wir haben es also nicht mit den Daten des Erbguts von einem Bakterium zu tun, das wäre ein Genom. Vielmehr arbeiten wir mit einer Kette von DNA-Daten tausender Mikroben, die in einer Probe vorkommen“, sagt Sczyrba.

Im Labor wird dafür zum Beispiel die DNA der Mikroorganismen in einem Sequenziergerät untersucht, die in besonders fruchtbaren Kartoffeläckern gefunden werden. Das Gerät entschlüsselt die DNA-Basen, das sind die vier „Buchstaben“, mit denen der Bauplan der Mikroben im Erbgut kodiert ist. Heraus kommen mehrere hundert Millionen Sequenzen. „Diese Teilstücke müssen nun in die richtigen Reihenfolge gebracht werden“, erklärt Sczyrba. Er beschreibt die Sequenzen wie Stücke eines Bindfadens, auf dem Buchstaben notiert sind. „Mit unseren Methoden schaffen wir es, zurückzuverfolgen, wie die Teile miteinander verbunden waren. So bekommen wir eine Abfolge von Daten, die nicht nur das Erbgut einer Mikrobe, sondern idealerweise aller Mikroben aus der Probe darstellt.“ Im nächsten Schritt rechnen die Forschenden heraus, wo auf dem „Faden“ die Gen-Informationen eines einzelnen Bakteriums beginnen und wo sie aufhören. „Danach bestimmen wir, welche Funktion das jeweilige Bakterium in seinem Mikrobiom hat.“ So gibt es Aquafarmen mit Bakterien, die das giftige Ammoniak aus dem Fischkot in Nitrit umwandeln können. Eine andere Sorte Bakterien wandelt den Stoff wiederum in unschädliches Nitrat um. „Mit einem Abstrich von der Haut des Fisches können wir ermitteln, welche Gene im Erbgut der Bakterien zu diesem positiven Effekt führen.“ Nicht nur die Wasserqualität, auch die Verdauung der Fische lässt sich mit Mikrobiomen verbessern. So könnten Mikrobiome aus dem Verdauungstrakt von Fischen, die ihre Nahrung besonders gut verwerten, auf Artgenossen übertragen werden.

Außerdem analysieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, welche Partnerschaften von Mikroorganismen zusammenhängen, welche Genome also immer zusammen vorkommen.

Anwendung in Nahrungsproduktion

Für die Analysen müssen die Forschenden nur in wenigen Fällen neue Proben beschaffen. „In der Biologie ist es seit mehr als 30 Jahren üblich, genetische Informationen über Datenbanken frei verfügbar zu machen. Es gibt somit schon Unmengen von Daten zu Mikrobiomen, die wir verwenden können“, sagt Sczyrba.

Das Simba-Projekt soll als Ergebnis ebenfalls eine öffentlich zugängliche Datenbank liefern. Sie enthält die Daten von Mikrobiomen, die nützliche Funktionen in der Nahrungsproduktion bieten. Mit den Informationen aus dieser Übersicht könnten Agarunternehmen zum Beispiel einen Bakterien-Mix entwickeln, mit dem Ackerböden geimpft werden können. Durch den Klimawandel drohen Ackerböden zu versalzen. Bakterien könnten etwa Weizen und anderen Anbaupflanzen helfen, mit Salzböden zurechtzukommen. Auch Lebensmittelhersteller könnten die Forschungsergebnisse nutzen und zum Beispiel Drinks mit Bakterien-Gruppen herstellen, die als Teil der Darmflora Vitamine oder ungesättigte Fettsäuren produzieren.

Rechner-Cloud für die Analysen

Am CeBiTec arbeitet Sczyrbas Forschungsgruppe für Simba mit der Gruppe von Professor Dr. Alfred Pühler zusammen. Während Sczyrba und sein Team die bioinformatische Analyse von Metagenomen beherrschen, kennt sich Pühlers Gruppe vor allem damit aus, wie sich Mikroorganismen industriell einsetzen lassen. So sind Pühler und sein Mitarbeiter Dr. Andreas Schlüter an Projekten beteiligt, um optimale Mikrobiome für Biogasanlagen zu identifizieren.

Für ihre Berechnungen nutzen die Bielefelder Forschenden die „de.NBI-Cloud“ – ein System aus Hochleistungsrechnern mit mehr als 16.000 Prozessoren und Analysesoftware für genetische Daten. Die Universität Bielefeld ist einer von sechs Standorten, die die Cloud betreiben. Verantwortlich für die Cloud ist das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI), das seit 2015 am CeBiTec koordiniert wird. Das CeBiTec, gegründet 1998, gehört mit seinen rund 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu den größten zentralen wissenschaftlichen Einrichtungen der Universität Bielefeld. „Eine Besonderheit des CeBiTec ist, dass hier Bioinformatik und molekularer Biotechnologie miteinander verzahnt sind“, sagt Sczyrba. „Wir haben sowohl die Expertise, Big Data aus der Biologie auszuwerten, als auch mit den Erkenntnisse Mikroorganismen und Biomoleküle für die Industrie zu entwickeln.“

Die Europäische Kommission fördert Simba für vier Jahre bis Oktober 2022 als Teil des Forschungsrahmenprogramms Horizont 2020. Simba steht für „Sustainable Innovation of Microbiome Applications in the Food System“ (Nachhaltige Innovationen von Mikrobiom-Anwendungen im Nahrungssystem). Die 23 Forschungs- und Industriepartner kommen unter anderem aus Norwegen, Finnland, Italien und Irland. Das Finnische Institut für natürliche Ressourcen (Luke) koordiniert das Projekt. Simba wird mit insgesamt zehn Millionen Euro gefördert, 600.000 Euro gehen an die Universität Bielefeld.

 

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Brainstorm – Wissenschaft trifft Improtheater zum Thema "Künstliche Intelligenz"

Veröffentlicht am 18. Februar 2019

Prof. Dr. Barbara Hammer und Prof. Dr. Philipp Cimiano in der WissensWerkStadt Bielefeld

Brainstorm - Wissenschaft trifft Improtheater zum Thema "Künstliche Intelligenz"
Bielefeld Marketing GmbH | Sarah Jonek

Bei der Auftaktveranstaltung der von Bielefeld Marketing veranstalteten Science-Show am 07.02.1019 in der WissensWerkStadt Bielefeld (ehemalige Stadtbibliothek) zum Thema Künstliche Intelligenz waren Prof. Dr. Barbara Hammer und Prof. Dr. Philipp Cimiano vom Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld zu Gast. Interviews der beiden Professoren wechselten sich ab mit dem durch die Antworten inspirierten Spiel des Improvisationstheaterduos „Die Stereotypen“, Nele Kießling und Marvin Meinold, die vom Impro-Musiker Jannis Kaffka begleitet wurden.

Prof. Dr. Philipp Cimiano erläuterte seine Motivation zur Teilnahme an „Brainstorm“: „Ich will einen Beitrag zum gesellschaftlichen Diskurs leisten und das Thema nahbar machen. Ich hoffe, dass mit einer Prise Humor die Hemmschwelle fällt.“

Gesa Fischer, die bei Bielefeld Marketing gemeinsam mit Giovanni Fusarelli das Projekt WissensWerkStadt Bielefeld leitet, sagt „Mit Brainstorm wollen wir kreative und humorvolle Wege finden, spannende Themen aus der Welt der Wissenschaft zu vermitteln.“

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