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Normung und Standardisierung zum Austausch von Modellen und Daten in der Systembiologischen Forschung - NORM-SYS

Das molekulare Inventar einzelner Zellen und das komplexe Zusammenspiel dieser Moleküle kann man heutzutage mit Hilfe zahlreicher spezifischer Technologien in einer Komplexität und Tiefe analysieren, wie es zuvor nicht möglich war. Diese Daten bilden die Grundlage für Computermodelle in der Systembiologie, mit deren Hilfe die biologischen Prozesse in Organsimen von einer einzelnen Zelle und deren Bestandteilen bis hin zu Geweben, Organen und ganzen Organismen immer besser verstanden werden können. Die systembiologische Forschung zeichnet dabei ein Gesamtbild von den dynamischen Vorgängen des Lebens unter Einbeziehung sämtlicher Ebenen und biologischer Skalen: Vom Genom über das Proteom, das Metabolom und die komplette Zelle und deren Funktionen innerhalb von Geweben und Organen des Körpers, bis hin zum vollständigen Organismus.

Die aus dieser systembiologischen Forschung entstehenden Erkenntnisse, innovativen Ideen und Technologien entwickeln sich daher immer stärker zu einer Triebfeder der gesamten lebenswissenschaftlichen Forschung, denn die zu erwartenden Ergebnisse aus diesen Forschungsgebieten versprechen erhebliche Fortschritte bei der Suche nach Antworten zu hochbrisanten Fragen aus allen Bereichen des täglichen Lebens, z.B. in der modernen personalisierten Medizin oder in der Entwicklung neuer Anbaumethoden in der Landwirtschaft.

Die Forschungsdaten werden mit unterschiedlichen Methoden aus den verschiedensten Quellen gewonnen und müssen zur Erstellung der Modelle zusammengeführt und integriert werden. Die Systembiologie agiert dabei als eine Querschnittstechnologie, die auf der Integration höchst heterogener und komplexer Daten und deren Auswertung basiert. Für eine effiziente Integration der Daten müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein:

  • Die Daten müssen einen hohen Qualitätsstandard erfüllen.
  • Die Daten müssen mit ausreichend Metadaten (Daten, welche die Daten beschreiben und in einen Kontext bringen) versehen sein.
  • Die Daten müssen in kompatiblen, standardisierten Formaten vorliegen, um eine automatisierte Integration und einen Austausch der Daten erreichen zu können.

Die Entwicklung und Verbreitung von Standardformaten und Standardterminologien sind eine unverzichtbare Grundlage für jedes Systembiologieprojekt. Diese Standards wurden jedoch in der Vergangenheit relativ unabhängig voneinander von unterschiedlichen fachspezifischen wissenschaftlichen Gemeinschaften eingeführt und weiterentwickelt. Alle diese Initiativen zur Entwicklung von Standards sind größtenteils aus den Problemstellungen der konkreten Forschungsansätze entstanden und können als „Bottom-Up“-Initiativen angesehen werden. Aus diesem Grund gibt es eine große Anzahl unterschiedlicher Initiativen und verschiedener Standards, die häufig nicht kompatibel sind. Durch den schnell wachsenden Komplexitätsgrad systembiologischer Forschung werden der Austausch und die Zusammenarbeit gerade zwischen diesen Gemeinschaften immer wichtiger. Standardisierungsinitiativen müssen also zwingend über die Grenzen fachspezifischer Bereiche hinaus aufeinander abgestimmt werden, um nutzbare Ergebnisse zu generieren.

Derzeit wird auch von Seiten der International Organization for Standardization (ISO) die Notwendigkeit zu einer übergreifenden Abstimmung über Standards in den Lebenswissenschaften gesehen, insbesondere im Bereich der Biotechnologie und angrenzender Fachgebiete. Unter Federführung des Deutschen Instituts für Normung (DIN) ist vor kurzem ein internationales Technisches Komitee "Biotechnologie" (ISO/TC 276) gebildet worden, welches länderübergreifend (auf globaler Ebene) notwendige Standards abstimmen und – sofern notwendig - die Entwicklung neuer Normen und Standards anregen soll.

Ziel von NORMSYS ist es, die Normung bestehender Community-Standards für Modelle und Daten im Bereich systembiologischer Computermodellierung in enger Zusammenarbeit mit bestehenden Standardisierungsinitiativen und einschlägigen Fachkreisen vorzubereiten, ein Normungskonzept zu erarbeiten und den Kontakt zwischen Fachkreisen und Normungskörperschaften zu vermitteln.

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