Systembiologie des Drosophila-Flügels

Dieses Projekt untersucht die Prozesse, die während der Flügelentwicklung der Fruchtfliege Drosophila melanogaster ablaufen. Die Ergebnisse sollen den Wissenschaftlern nicht nur ein vertieftes Verständnis der Organentwicklung vermitteln, sondern auch die Simulation der Flügelentwicklung am Computer ermöglichen.

Das WingX-Projekt untersucht die Entwicklung des Drosophila-Flügels auf systembiologischer Ebene, um den Flügelaufbau am Computer simulieren zu können. Demzufolge ist dieses Projekt inhärent interdisziplinär und ein gutes Beispiel für eine enge Zusammenarbeit von Biologen, Physikern, Computerwissenschaftlern, Ingenieuren und Systembiologen. Diese Interdisziplinarität sollte auch dazu dienen, eine neue Generation von Wissenschaftlern zu fördern, die fachübergreifend denkt und auf dem neusten Stand der systembiologischen Wissenschaft arbeitet. In diesem Projekt wird deshalb die Zusammenarbeit von jeweils zwei Studienabgängern unterschiedlicher Disziplinen, die gemeinsam unter der Aufsicht zweier Gruppenleiter arbeiten, eingeplant. Da die Forschung in der Systembiologie eine Anpassung der Ausbildung bedingt, beinhaltet das Projekt zusätzlich ein Trainingsprogramm für Studenten (MSc und PhD) der beteiligten Gruppen.

Förderung des Verständnisses der Organogenese

Der sich entwickelnde Drosophila-Flügel ist ein System, das eine wesentlich grössere Herausforderung für einen systemischen Ansatz darstellt als zelluläre oder subzelluläre Systeme, bei denen dieser wissenschaftliche Ansatz bereits schon erfolgreich angewendet wird. Der Drosophila-Flügel eignet sich wegen seiner relativen Einfachheit und des guten biologischen Verständnisses als Modellsystem. Die erhaltenen Resultate werden das Wissen über die Organentwicklung erweitern und neue Standards für die Anwendung optischer und computergestützter Verfahren bei der Erforschung komplexer biologischer Gegebenheiten schaffen.

Experimenteller und computergestützter Ansatz

Mit Hilfe der Fortschritte in der Entwicklungsgenetik, die heute die Informationen über die «Werkzeuge» der Organogenese (Morphogene, Transkriptionsfaktoren, etc.) liefern, kommt in diesem Projekt ein synergistisch experimenteller und theoretischer Ansatz zur Anwendung, welcher diese Erkenntnisse dazu einsetzt, einen Drosophila-Flügel in Grösse und Form am Computer nachzubauen. WingX strebt eine quantitative Beschreibung der Flügelentwicklung mittels eines mehrskaligen Systems an. Dabei bildet die Beschreibung der Interaktionen von Prozessen auf der molekularen, zellulären und Gewebe-Ebene die Grundlage.

Hochgesteckte Ziele

Die Methoden und Resultate dieses Projekts werden den aktuellen Wissensstand im Bereich der Entwicklungsbiologie entscheidend verbessern, da damit Raum-Zeit-Ereignisse auf einer bisher unbekannten Ebene beschrieben werden. So erlaubt zum Beispiel die in vitro Kultivierung von Flügelscheiben unter Anwendung physikalischer, chemischer und genetischer Instrumente Perturbationsstudien und detaillierte Messungen. WingX kann damit die Entwicklung einer zuverlässigen Methode zur Erforschung der Zellzyklusmuster und des Zellwachstums massgeblich vorantreiben.

Stand: September 2012