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Diploma/Bachelor Thesis, Internships

Grundsätzlich bieten wir die Betreuung von

  • MSc. und BSc. Arbeiten,
  • Praktika,
  • Studienarbeiten, und
  • Schülerprojekten

an. Thematisch sollten diese sich an unserer Forschung oder Lehre orientieren.

Sie können eine Arbeit lokal nur bei uns in der Arbeitsgruppe oder in Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen durchführen. Für eine kooperative Arbeit hätten wir Partnergruppen mit beliebiger geographischer Distanz zur Verfügung.

Falls Sie sich für eine Arbeit bei uns interessieren, schauen Sie sich unsere Forschungsbereiche an.

Ist ein interessantes Thema dabei, kontaktieren Sie uns, damit wir einen konkreten Plan entwickeln können.

Sie können entweder Peter Dittrich oder eine MiterarbeiterInn, die sich mit dem favorisierten Thema beschäftigt direkt kontaktieren.




Beispiele möglicher Themen

Die folgenden Themen stellen nur eine kleine Auswahl dar.

  1. Regelbasiertes und räumliches Modellieren des innenren Kinetochors
  2. Evolution of communication in artificial bacteria
  3. In-silico modelling of cell cycle regulation (cooperation with DKFZ)
  4. Discovery of biodegradation pathways by artificial in-silico network evolution (cooperation with UFZ Leipzig)


Kleine Auswahl konkreter Themen



I-

Title: Regelbasiertes und räumliches Modellieren des inneren Kinetochors


Grundlagen:

Das Kinetochor ist die essentielle Plattform für die korrekte Aufteilung des Genoms während der Mitose. Fehlerhaftes Arbeiten des Kinetochors kann zu Krebs führen. Das Kinetochor kontrolliert und vermittelt die Verbindung zwischen Mikrotubuli und Chromosomen. Neben der rein physikalischen Kraftübertragung bei der Separation der Chromosomen, dient die komplexe Kinetochorstruktur auch der mitotischen Kontrolle duch verschiedene Checkpoints.

Viele Daten zur Struktur und Interaktion der Kinetochorkomponenten sind und werden gerade erforscht (von unseren Kooperationspartnern). Bis jetzt existiert kein umfassendes, dynamisches Modell, dass die räumliche Struktur, den dynamischen Aufbau des Komplexes und das mechanistische Verhalten des Kinetochors beschreibt.

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Fig. Inner Kinetochor struktur in Simulation

Eine Modellierungssoftware, die es ermöglicht, kombinatorisch komplexe räumliche Modelle zu simulieren haben wir in unserer Gruppe entwickelt. Damit können Geometrien und Interaktionsregeln der Elementaren Moleküle von komplexen molekularen Maschinen effektiv beschrieben und simuliert werden.

Mit dieser Software haben wir ein erstes Modell des inneren Kinetochors aufgebaut, das als Grundlage für die weitere Modellierung und weiterführende Experimente und Analysen dienen kann. Desweiteren existieren ODE Modelle des äußeren Kinetochors, wobei der Fokus hauptsächlich auf der Signalverarbeitung liegt.

proteinPositions
Fig. Probabilistisches Modell des Kinetochors

In der Diplomarbeit:

In dieser Arbeit soll das innere Kinetochormodell mit dem äußeren Kinetochormodell vereint werden, um den kompletten Funktionsmechanismus verstehen zu können. Dabei sollen einerseits neue experimentelle Daten aus unseren Kooperationen in die bestehenden Modelle integriert werden - z.B. detailliertere räumliche Strukturen und Interaktionen der beteiligten Moleküle.

Andererseits müssen geeignete Simulationen entworfen und durchgeführt werden, aber auch neue Analysemethoden für Simulationsläufe erarbeitet und programmiert werden.

Ziel ist aus in silico Experimenten Vorhersagen zu generieren, die im Labor validiert werden können und die helfen können den Mechanismus der Genomaufteilung und die Entstehung von Krebs zu verstehen.


Voraussetzungen:

  • hochmotivierte BiologInnen, InformatikerInnen, MathematikerInnen, PhysikerInnen, BioInformatikerInnen, etc. mit ausserordentlichen Prüfungsleistungen
  • Interessiert an der Beantwortung realer biologischer Fragestellugen mit neuartigen Methoden
  • Vertrautheit mit Linux, C++, Scriptsprachen, etc. sind Voraussetzung

Ansprechpartner:

Peter Dittrich ()
Bashar Ibrahim ()
Gerd Gruenert ()



II-

Title: Evolution of Communication in Artificial Bacteria

Bakterien und andere Mikroorganismen, z.B. Pilze, kommunizieren durch Austausch von Signalmolekülen. Eine typische Kommunikation stellt z.B. das Quorum Sensing System von Vibrio fischeri dar.  

Wir möchten in diesem Projekt die Rahmenbedingungen für die Evolution von einfachen Kommunikationsnetzwerken erforschen. Dazu soll das bereits bestehende Framework ArtBact entsprechend erweitert werden, optimale Parametersätzen zur Evolution von Kommunikation bestimmt werden, die Netze strukturell und deren dynamische Aspekte untersucht werden.  Die Ergebnisse sollen mit bereits publizierten Kommunikationsnetzwerken verglichen werden.


Voraussetzungen:

  • hochmotivierte BiologInnen, InformatikerInnen, MathematikerInnen, PhysikerInnen, BioInformatikerInnen, etc. mit ausserordentlichen Prüfungsleistungen
  • Interessiert an der Beantwortung realer biologischer Fragestellugen mit neuartigen Methoden
  • Sehr gute Kenntnisse in Java erforderlich

  • Vertrautheit mit Linux, Scriptsprachen, etc. sind Voraussetzung


Keywords: Evolutionäre Algorithmen, artificial bacteria, evolution of communication


Ansprechpartner:

Dennis Görlich (9-46463, R3431, )
Peter Dittrich (9-46460, R3401, )





III-

Thesis in collaboration between the German Cancer Research Centre in Heidelberg and the Jena Centre for Bioinformatics (JCB)



We are looking for highly motived Diploma (MSc) students that are interested in cross-disciplinary research on in-silico modelling of cell cycle regulation.

The thesis will be carried out in close collaboration with the German Cancer Research Centre (DKFZ) in Heidelberg.

Funding for traveling will be available.

We offer the following three topics:

1.) Mitotic Control Knowledge Base

  • The aim is to find a way to collect knowledge about the key-players of mitotic control in a computational knowledge base.
  • Useful skills: bioinformatics, artificial intelligence, knowledge representation
  • Location can be Heidelberg or Jena.

2.) Rule-Based Model of Mitotic Control Mechanisms

  • A tool is already available that can be used as a starting point.
  • Usuful skills: systems biology, simulation and modelling, biophysics
  • Location can be Heidelberg or Jena.

Students from all disciplins are welcome to apply. You can contact in Heidelberg or Jena:


IV-

Thesis in collaboration with the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ), Leipzig and the Jena Centre for Bioinformatics

Topic: Discovery of Biodegradation Pathways by Artificial In Silico Network Evolution

Description: The degradation of organic contaminants in subsurface environments is mainly mediated by microbial activity. With microbial consortia in the soil consisting of many microbial species, degradation pathways often involve more than one species. In contrast, current reactive transport models simulating the fate of environmental pollutants either aggregate microbial activity as a whole or link degradation rates to the activity of individual species only, neglecting the enzymatic details of the involved degradation pathways. In this work, hypothetical biochemical degradation pathways will be evolved in silico to explain a given spatial concentration profile for contaminants, intermediate and end products in a typical degradation scenario. For this purpose, the software package SBMLevolver, developed at the University of Jena, will be used to evolve biochemical reaction networks, taking enzymatic reactions from the University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database (UM-BBD) as building blocks for the evolutionary process. The evolved networks are then implemented into the Biogeochemical Reaction Network Simulator (BRNS), an established reactive transport code used at the UFZ. Evolved degradation pathways will be compared to established enzymatic degradation pathways, and simulation results obtained using the evolved network will be compared to results of the aggregated model.

Tasks: 1. Coupling of SBMLevolver and BRNS. The reaction networks in SBMLevolver are formulated in the Systems Biology Markup Language (SBML). A converter is required to transform the network descriptions into ODE formulations in Maple format as required by the BRNS. As reactive transport simulations are usually time consuming, SBMLevolver shall be extended to make use of a cluster system for parallel BRNS runs. 2. Evolving biodegradation networks. A typical aquifer degradation scenario is selected, and degradation networks following predefined criteria (e.g., number of microbial species, types of reaction kinetics) are evolved. The best solutions are compared to established pathways, and simulation results are compared to established aggregated model results. Requirements: The work is suitable for computer scientists, bioinformaticians, systems scientists (and related) with profound knowledge of C++, Evolutionary Algorithms, chemical reaction kinetics, and the willingness to travel between Leipzig and Jena. The optimal candidate has furthermore experiences with SBML, Maple, Fortran, 1 shell scripts, and cluster computing. The place of work is Leipzig.

Contact:


Peter Dittrich
Friedrich Schiller University Jena  & Jena Centre for Bioinformatics
Institute of Computer Science

Ernst-Abbe-Platz 1-4
D-07743 Jena, Germany

Tel.: (+49) 3641 9 46460

Fax.: (+49) 3641 946302