Computational methods for integrating and analyzing human systems biology data

The combination of heterogeneous biological datasets is a key requirement for modern molecular systems biology. Of particular importance for our understanding of complex biological systems like the human cell are data about the interactions of proteins with other molecules. In this thesis, we develop and apply methods to improve the availability and the quality of such interaction data. We also demonstrate how these data can be used in interdisciplinary studies to discover new biological results. First, we develop technical systems for the instant integration of interaction data that are stored and maintained in separate online repositories. Second, we implement a computational framework for the application of multiple scoring algorithms to qualitatively assess different aspects of interaction data. Our methods are based on distributed client-server systems, ensuring that the services can be updated continuously. This promotes equal access to interaction data and allows researchers to expand the client-server systems with their own service. Third, we focus our application studies on integrative network-based analyses of human host factors for viral infections. Our applications provide new biological insights into the life cycle of the hepatitis C virus and identify new potential candidates for antiviral drug therapy.Die Kombination verschiedener biologischer Datensätze ist für die moderne molekulare Systembiologie unumgänglich. Eine besondere Bedeutung für unser Verständnis von komplexen biologischen Systemen wie der Zelle haben dabei Daten über die Wechselwirkungen von Proteinen mit anderen Molekülen. In dieser Arbeit entwickeln und verwenden wir Methoden zur Verbesserung der Verfügbarkeit und Bewertbarkeit von solchen Interaktionsdaten. Wir zeigen auch, wie diese Daten in interdisziplinären Studien genutzt werden können, um neue biologische Erkenntnisse zu gewinnen. Zuerst entwickeln wir technische Systeme, um Interaktionsdaten von verschiedenen Quellen des Internets zusammenzuführen. Danach entwickeln wir ein computergestütztes System, welches die Anwendung verschiedener Algorithmen ermöglicht, um unterschiedliche Aspekte von Wechselwirkungen qualitativ zu bewerten. Unsere Methoden basieren auf verteilten Client-Server-Systemen, die sicherstellen, dass einzelne Dienste dauerhaft aktuell gehalten werden können. Zudem fördert dies einen gleichberechtigten Zugang zu Interaktionsdaten, und Wissenschaftler können die Systeme mit eigenen Diensten erweitern. Unser Anwendungsschwerpunkt liegt auf der netzwerkbasierten Analyse humaner Wirtsfaktoren für virale Infektionen. Unsere Auswertungen tragen zu einem besseren Verständnis des Lebenszyklus des Hepatitis-C-Virus bei und zeigen Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer antiviraler Medikamente auf

Computational methods for integrating and analyzing human systems biology data

The combination of heterogeneous biological datasets is a key requirement for modern molecular systems biology. Of particular importance for our understanding of complex biological systems like the human cell are data about the interactions of proteins with other molecules. In this thesis, we develop and apply methods to improve the availability and the quality of such interaction data. We also demonstrate how these data can be used in interdisciplinary studies to discover new biological results. First, we develop technical systems for the instant integration of interaction data that are stored and maintained in separate online repositories. Second, we implement a computational framework for the application of multiple scoring algorithms to qualitatively assess different aspects of interaction data. Our methods are based on distributed client-server systems, ensuring that the services can be updated continuously. This promotes equal access to interaction data and allows researchers to expand the client-server systems with their own service. Third, we focus our application studies on integrative network-based analyses of human host factors for viral infections. Our applications provide new biological insights into the life cycle of the hepatitis C virus and identify new potential candidates for antiviral drug therapy.Die Kombination verschiedener biologischer Datensätze ist für die moderne molekulare Systembiologie unumgänglich. Eine besondere Bedeutung für unser Verständnis von komplexen biologischen Systemen wie der Zelle haben dabei Daten über die Wechselwirkungen von Proteinen mit anderen Molekülen. In dieser Arbeit entwickeln und verwenden wir Methoden zur Verbesserung der Verfügbarkeit und Bewertbarkeit von solchen Interaktionsdaten. Wir zeigen auch, wie diese Daten in interdisziplinären Studien genutzt werden können, um neue biologische Erkenntnisse zu gewinnen. Zuerst entwickeln wir technische Systeme, um Interaktionsdaten von verschiedenen Quellen des Internets zusammenzuführen. Danach entwickeln wir ein computergestütztes System, welches die Anwendung verschiedener Algorithmen ermöglicht, um unterschiedliche Aspekte von Wechselwirkungen qualitativ zu bewerten. Unsere Methoden basieren auf verteilten Client-Server-Systemen, die sicherstellen, dass einzelne Dienste dauerhaft aktuell gehalten werden können. Zudem fördert dies einen gleichberechtigten Zugang zu Interaktionsdaten, und Wissenschaftler können die Systeme mit eigenen Diensten erweitern. Unser Anwendungsschwerpunkt liegt auf der netzwerkbasierten Analyse humaner Wirtsfaktoren für virale Infektionen. Unsere Auswertungen tragen zu einem besseren Verständnis des Lebenszyklus des Hepatitis-C-Virus bei und zeigen Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer antiviraler Medikamente auf

Alternative Geometries for 3D Bioprinting of Calcium Phosphate Cement as Bone Substitute

In the literature, many studies have described the 3D printing of ceramic-based scaffolds (e.g., printing with calcium phosphate cement) in the form of linear structures with layer rotations of 90°, although no right angles can be found in the human body. Therefore, this work focuses on the adaptation of biological shapes, including a layer rotation of only 1°. Sample shapes were printed with calcium phosphate cement using a 3D Bioplotter from EnvisionTec. Both straight and wavy spokes were printed in a round structure with 12 layers. Depending on the strand diameter (200 and 250 µm needle inner diameter) and strand arrangement, maximum failure loads of 444.86 ± 169.39 N for samples without subsequent setting in PBS up to 1280.88 ± 538.66 N after setting in PBS could be achieved

The Cutaneous Rabbit Illusion Affects Human Primary Sensory Cortex Somatotopically

We used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to study neural correlates of a robust somatosensory illusion that can dissociate tactile perception from physical stimulation. Repeated rapid stimulation at the wrist, then near the elbow, can create the illusion of touches at intervening locations along the arm, as if a rabbit hopped along it. We examined brain activity in humans using fMRI, with improved spatial resolution, during this version of the classic cutaneous rabbit illusion. As compared with control stimulation at the same skin sites (but in a different order that did not induce the illusion), illusory sequences activated contralateral primary somatosensory cortex, at a somatotopic location corresponding to the filled-in illusory perception on the forearm. Moreover, the amplitude of this somatosensory activation was comparable to that for veridical stimulation including the intervening position on the arm. The illusion additionally activated areas of premotor and prefrontal cortex. These results provide direct evidence that illusory somatosensory percepts can affect primary somatosensory cortex in a manner that corresponds somatotopically to the illusory percept

DASMI: exchanging, annotating and assessing molecular interaction data

Motivation: Ever increasing amounts of biological interaction data are being accumulated worldwide, but they are currently not readily accessible to the biologist at a single site. New techniques are required for retrieving, sharing and presenting data spread over the Internet