Franziska Matthäus
matthaeus_at_fias.uni-frankfurt.de
FIAS / Goethe-Universität
Ruth-Moufang-Straße 1
60438 Frankfurt am Main

Thomas Hillen
thillen_at_ualberta.ca
Department of Mathematical and Statistical Sciences
632 Central Academic Building, University of Alberta
Edmonton, Alberta T6G 2G1 Canada

Sarah Harris
s.a.harris_at_leeds.ac.uk
Computational Biophysics Group
Soft Matter and Theoretical Physics, School of Physics and Astronomy, University of Leeds,
Leeds, LS2 9JT, UK

The Ghost

Franziska Matthäus, Damian Stichel, Kai Breuhahn

Krebszellen in Epithelgeweben migrieren oft nicht alleine, sondern im Gewebeverband. Hier sieht man Stromlinien, die für ein Gebiet mit ca. 5.000 Zellen berechnet wurden. Die Stromlinien zeigen, dass Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Zellen über weite Distanzen koordiniert werden. Die Datenanalysen unterstützen Experimente, bei denen untersucht wird, mit welchen chemischen Substanzen Bewegungsprozesse der Krebszellen reguliert werden können.

Interacting Spider Webs

Molekulare Bioinformatik Frankfurt: Jens Rieser, Daniel Bruneß, Ina Koch
Pathogene Bakterien beeinflussen Regulationsprozesse und Zellfunktionen im Wirtsorganismus. Die Darstellung aller Proteine und ihrer Interaktionen kann als ‘Fingerabdruck’ einer bakteriellen Infektion dienen. Hier sieht man diesen Fingerabdruck für eine Zelle die von Salmonellen infiziert wurde. Dargestellt sind dabei über 1000 Proteine und fast 6000 Interaktionen. Das Verständnis wie Bakterien die Regulationsprozesse der Zelle stören hat Implikationen für die Neuentwicklung von Medikamenten.

Antigenic Explosion

Chandler Gatenbee, Alexander Anderson

Tumoren sind häufig aus verschiedenen mutierten Zellen zusammengesetzt, wobei jede Mutation anders vom Immunsystem wahrgenommen wird. Dabei entstehen auch Mutationen die vom Immunsystem nicht bekämpft werden. Auf diesem Bild stellt jeder Kreis eine Mutation dar. Aus dem gesunden Gewebe (blau) ist ein gutartiger Tumor (gelb) entstanden, daraus wiederum ein Tumor der vom Immunsystem nicht als solcher erkannt wird (weiss), und sich nun ungebremste vermehrt.

Cellular Swarms in Cellular Automata

Andreas Deutsch

In vielen Geweben können sich Zellen oder Zellgruppen bewegen ohne den Kontakt zueinander zu verlieren. Es resultiert ein schwarm-ähnliches Verhalten bei dem sich Gruppen von Zellen gemeinsam bewegen. Auf diesem Bild sieht man eine Simulation von Zellen, die eine Oberfläche bedecken und ihre Bewegung mit den Zellnachbarn koordinieren. Die gleich eingefärbten Flächen markieren Gruppen von Zellen die die gleiche Bewegungsrichtung aufweisen.

Henri in Wonderland

Hanna Schenk, Chaitanya Gokhale, Arne Traulsen

Entwickelt ein Wirt Abwehrmechanismen gegen einen Parasiten, kann dies gleichzeitig die Sensitivität gegenüber einem weiteren Parasiten erhöhen. Bei mehreren Wirten und Parasiten kann das zu chaotischen Änderungen in den Populationsgrößen führen. Das Bild zeigt das Ergebnis zahlreicher Simulationen für verschiedenen Bedingungen in denen sich die Wirte gegen die Parasiten wehren konnten (gelbe Linien), oder bei denen nach Infektion chaotische Schwankungen in den Populationsgrößen auftraten (grüne Punkte).

E|A|S (Evolving Asteroid Starships)

DSTART

Dieses Bild wurde von Studenten und Wissenschaftlern der TU Delft entworfen, die aus zahlreichen wissenschaftlichen Disziplinen zusammenkommen, um neue Konzepte für die Interstellare Raumfahrt zu entwickeln. Diese beinhalten unter anderem auch die Konstruktion eines Raumschiffes aus einem ausgehöhlten Asteroiden, deren technische Anforderungen, aber auch die Integration biologischer und sozialer Faktoren.

Patchwork Patterns

Kevin Painter

Entwicklungsprozesse, wie die Anordnung von Federn oder Fellmustern, werden von chemischen Reaktionen reguliert, die räumliche Muster erzeugen. Hier sieht man Lösungen eines Systems mathematischer Gleichungen, die die Interaktion zweier chemischer Stoffe beschreiben. Durch die Interaktion der Stoffe entstehen verschiedene Verteilungen dieser Stoffe im Raum, häufig entstehen Punkte- und Streifenmuster.

Morphological Echoes

Mark Robertson-Tessi, Alexander Anderson

Tumorzellen zerstören umliegendes Gewebe durch Säure, und sind dabei selbst oft der Säure gegenüber unempfindlich. Durch den entstehenden Platz kann sich der Tumor weiter ausbreiten. Hier sieht man Simulationen des Wachstums säureresistenter Tumoren (blau) in gesundem Gewebe (grau), welches durch Blutgefässe durchsetzt ist (weiss). An den Rändern der Tumore bildet sich aggressives Gewebe (pink).

Cellular Connections

Roeland Merks

Endothelzellen - die Bausteine von Blutgefäßen - stimulieren bei Sauerstoffmangel die Bildung von Verzweigungen in benachbarten Gefäßen. Das Bild zeigt eine Simulation der Bildung von Gefäßen aus Einzelzellen. In diesen Simulationen bekommen die Gefäße eine besonders natürliche Struktur, wenn die simulierten Zellen länglich sind, und chemische Signale nutzen um die Bindung weiterer Zellen anzuregen.

Tower of Life

Sylvain Gretchko

In Räuber-Beute-Beziehungen schwanken beide Populationen oft über die Zeit. Kommen Klimaveränderungen mit abwechselnd guten und schlechten Phasen hinzu, kann das zum Aussterben der Raubtierpopulation führen. Das Bild zeigt die Überlebensrate der Raubtierpopulation je nachdem wann die Klimaschwankung einsetzt und wie lange die schlechten Phasen dauern. Um das Bild in der gewünschten Auflösung zu erstellen, musste der Autor eine Milliarde Simulationen durchführen.

Nothing Stands Still in the Streams of Life

Alexandre Gouy, Diana Ivette Cruz Dávalos

Im Lauf der Evolution entstehen durch Mutationen stets neue Varianten einer Art, die bestehende Spezies verdrängen können, falls die Mutation vorteilhaft ist. Dies hat Auswirkungen auf die Diversität der Arten, lässt aber auch bakterielle Antibiotika-Resistenzen entstehen. Auf dem Bild markiert jede Fläche eine Spezies. Für die Farbwahl haben die Autoren die dominanten Farben aus drei impressionistischen Gemälden verwendet: Auguste Renoir – Bal du Moulin de la Galette (1876); Claude Monet –The Japanese Footbridge (1899); Vincent Van Gogh – The Starry Night (1889).

Cytoskeletal Network

François Nédélec

Die mechanischen Eigenschaften einer Zelle werden durch dünne Filamente bestimmt, die durch molekulare Motoren kontrahieren können. Diese Filamente ermöglichen ebenfalls die aktive Bewegung von Zellen, z.B. bei Immunprozessen. Auf dem Bild sieht man eine dreidimensionale Simulation eines Objekts welches aus diesen Filamenten gebildet wird, und sich durch mechanische Prozesse verformt.