Nova Acta Leopoldina Band 110 Nummer 377

Zusammenfassung Die Lebenswissenschaften stellen eine große Herausforderung an die Computermodellierung dar. Die zu modellie- renden Systeme sind hochkomplex und durch vergleichsweise unstrukturierte und formal schwer zu fassende evolutive Prozesse entstanden. Die Computermodellierung hat zum ziel, auf solchen Systemen basierende Strukturen und Pro- zesse möglichst exakt nachzubilden beziehungsweise, wenn sie noch nicht beobachtet worden sind, vorherzusagen. Darüber hinaus soll die Computermodellierung einen Weg zum biologischen Verständnis der untersuchten Systeme bahnen. Dabei sind die ziele der Computermodellierung nicht nur in der Grundlagenforschung zu finden. Vielmehr verfolgt man hochgradig anwendungsorientierte ziele in den Bereichen Medizin, Pharmazie und Biotechnologie. Die Herausforderung ist nichts Geringeres als die Aufdeckung neuer Verfahren zur Diagnose und Therapie von Krank- heiten sowie die Entwicklung neuer medizinischer und biotechnologischer Wirkstoffe und biotechnologischer Pro- duktionsverfahren. Obwohl bereits erhebliche Fortschritte bei der Computermodellierung biologischer Systeme zu verzeichnen sind, befindet sich das Gebiet noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Es hat in den letzten zwei Jahrzehnten einen bedeutenden Schub durch die Entwicklung experimenteller Hochdurchsatzverfahren in der Molekularbiologie erfah- ren. Während man sich im ersten Jahrzehnt vor allem auf die Sammlung von Informationen über die molekularen Bausteine konzentriert hat, steht gegenwärtig die Modellierung von molekularen Wechselwirkungsnetzen im Vorder- grund der Forschung. zu den großen Herausforderungen des Gebietes gehört die Bewältigung zum einen der inhärenten Komplexität der zu untersuchenden Systeme zum anderen der immensen Raum- und zeitskalen, die zu überbrücken sind. Eine Modellierung eines biologischen Systems von der submolekularen Ebene, auf der die chemischen Reaktionen statt- finden, bis zur Organismenebene ist bisher noch außer Reichweite. Abstract The life sciences pose grand challenges to computer modeling. The systems to be modeled are highly complex and have arisen through comparatively unstructured and formally hard to grasp evolutionary processes. Computer mod- eling has the goal of emulating as accurately as possible the structures and processes on which such systems are based or of predicting them if they have not been seen yet. Furthermore, computer modeling is aimed at opening a pass to biological understanding of the investigated systems. Computer modeling is not restricted to basic research. Rather, it also targets highly application-relevant goals in the areas of medicine, pharmacology and biotechnology. The chal- lenges are no less than to uncover new approaches to diagnosis and therapy of diseases as well as to develop new drugs and biotechnological agents and conceive new biotechnological production processes. Even though substantial progress has been made in the modeling of biological systems by computer, the field is still in its early stages. In the past two decades it has received a substantial push through the development of experi- mental high-throughput technology in molecular biology. While in the first decades the focus was on collecting in- formation on the molecular components of biological systems, currently the focus is on uncovering their interaction networks. The main challenges of the field lie in the inherent complexity of the investigated systems, on the one hand, and in the immense scales of space and time that have to be spanned, on the other. Modeling biological systems from the submolecular level at which the chemical reactions take place up to the level of the whole organism is still out of reach. Nova Acta Leopoldina NF 110, Nr. 377, 11–44 (2011) Thomas Lengauer 12