IBG-4: Von „Big Data“ zu winzigen Biomolekülen

Komplexe Daten erstellen, bearbeiten, verstehen und teilen: Bioinformatik für hochdimensionale Daten und molekulare Prozesse in Lebenswissenschaften und Bioökonomie.

Der Institutsbereich Bioinformatik (IBG-4) des Instituts für Bio- und Geowissenschaften bearbeitet und entwickelt Methoden und Algorithmen, um ein grundlegendes Verständnis von hochdimensionalen Daten und Prozessen in der Bioökonomie/in den Lebenswissenschaften zu erzielen und um die biologische Funktionen von Molekülen/Enzymen anhand ihrer Strukturen zu verstehen, vorherzusagen und für industrielle und pharmazeutische Anwendungen zu optimieren. Die Bioinformatik am Forschungszentrum Jülich spielt eine führende Rolle auf nationaler und internationaler Ebene im Bereich der Omics-/Datenbasierten Bioinformatik auf dem Gebiet der Datenhaltung von pflanzlichen Daten, bei der Auswertung neuer Methoden der Genomanalyse und bei der Integration, Interpretation und Visualisierung hochdimensionaler Omics Daten aus dem Bereich der Bioökonomie und im Bereich der Strukturbasierten Bioinformatik auf dem Gebiet der Aufklärung, Modellierung und Simulation der Dynamiken und Interaktionen von Biomolekülen. Das IBG-4 fokussiert sich dabei auf Knowledge Management und Datenintegration, klassische Bioinformatik und maschinelles Lernen, insbesondere zur Vorhersage von Phänotypen und Enzymstrukturen und -dynamiken.

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Unsere Forschungsthemen

Omics-/Datenbasierte Bioinformatik

Das Forschungsthema "Omics- und Datenbasierte Bioinformatik" wird von Prof. Dr. Björn Usadel geleitet. Die aktuelle Forschung generiert umfangreiche Datensätze, deren Analyse und Interpretation eine bioinformatische Unterstützung unabdingbar macht.

Strukturbasierte Bioinformatik

Der Bereich Strukturbasierte Bioinformatik wird von Prof. Dr. Holger Gohlke geleitet. Die Gruppe entwickelt und verwendet computergestützte Techniken aus den Bereichen Bioinformatik, maschinelles Lernen und computergestützte Biophysik, um den Beitrag von Proteinstrukturen und -dynamik zu deren Funktion zu untersuchen. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf dem grundlegenden Verständnis und der rationalen Optimierung von Enzymen für die Bioökonomie.

Meldungen und Termine

Publikation

Neue KI Methode zur Vorhersage von Enzym-Kommissionsklassen

Eine neue Studie wurde von der Gohlke-Gruppe in Zusammenarbeit mit Helmholtz AI in Nature Communications veröffentlicht. In dieser Studie wird TopEC vorgestellt, ein neues, auf 3D-Graphen basierendes neuronales Netzwerk zur Vorhersage von Enzym- kommissionsklassen.

Publikation

Lila bis weiß, glatt bis stachelig: Genetische Vielfalt der Aubergine erstmals erfasst

Sie ist lila, manchmal weiß, manchmal stachelig und erscheint in diversen Formen – die Aubergine. Forscher:innen haben erstmals einen vollständigen Katalog aller Gene und Eigenschaften der Aubergine erstellt. Diese neue Datengrundlage ebnet den Weg für robustere, klimaangepasste und qualitativ hochwertige Sorten, die langfristig Ernteerträge sichern und die Vielfalt in der Landwirtschaft erhalten. An der Studie waren neben Jülicher Wissenschaftler:innen Teams aus sechs weiteren Ländern beteiligt. Ihre Ergebnisse wurden nun in Nature Communications veröffentlicht.

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Holst, F. ; Bolger, A. M. ; Kindel, F. ; Günther, C. ; Maß, J. ; Triesch, S. ; Kiel, N. ; Saadat, N. ; Ebenhöh, O. ; Usadel, B. ; Schwacke, R. ; Weber, A. P. M. ; Bolger, M. (Corresponding author) ; Denton, A. K.
Helixer: ab initio prediction of primary eukaryotic gene models combining deep learning and a hidden Markov model
Nature methods 23, 732-739 (2026) [10.1038/s41592-025-02939-1]

Gaccione, L. ; Toppino, L. ; Bolger, M. ; Schmidt, M. ; Tassone, M. R. ; Sulli, M. ; Idahl, E. ; Alonso, D. ; Aprea, G. ; Ferrante, P. ; Lefebvre, V. ; Boyaci, H. F. ; Schafleitner, R. ; Gattolin, S. ; Finkers, R. ; Brouwer, M. ; Bovy, A. ; Prohens, J. ; Portis, E. ; Lanteri, S. ; Rotino, G. L. ; Giuliano, G. (Corresponding author) ; Usadel, B. (Corresponding author) ; Barchi, L. (Corresponding author)
Graph-based pangenomes and pan-phenome provide a cornerstone for eggplant biology and breeding
Nature Communications 16(1), 9919 (2025) [10.1038/s41467-025-64866-1]

Zhang, W. ; Tariq, A. ; Jia, X. ; Yan, J. ; Fernie, A. R. (Corresponding author) ; Usadel, B. (Corresponding author) ; Wen, W. (Corresponding author)
Plant sperm cell sequencing for genome phasing and determination of meiotic crossover points
Nature protocols 20, 690–708 (2025) [10.1038/s41596-024-01063-2]

van der Weg, K. ; Merdivan, E. ; Piraud, M. ; Gohlke, H. (Corresponding author)
TopEC: prediction of Enzyme Commission classes by 3D graph neural networks and localized 3D protein descriptor
Nature Communications 16(1), 2737 (2025) [10.1038/s41467-025-57324-5]

Peleke, F. F. ; Zumkeller, S. M. ; Gültas, M. ; Schmitt, A. ; Szymański, J. (Corresponding author)
Deep learning the cis-regulatory code for gene expression in selected model plants
Nature Communications 15(1), 3488 (2024) [10.1038/s41467-024-47744-0]

Marasco, R. ; Fusi, M. ; Coscolín, C. ; Barozzi, A. ; Almendral, D. ; Bargiela, R. ; Nutschel, C. G. n. ; Pfleger, C. ; Dittrich, J. ; Gohlke, H. ; Matesanz, R. ; Sanchez-Carrillo, S. ; Mapelli, F. ; Chernikova, T. N. ; Golyshin, P. N. ; Ferrer, M. (Corresponding author) ; Daffonchio, D. (Corresponding author)
Enzyme adaptation to habitat thermal legacy shapes the thermal plasticity of marine microbiomes
Nature Communications 14(1), 1045 (2023) [10.1038/s41467-023-36610-0]

Borggräfe, J. ; Victor, J. ; Rosenbach, H. ; Viegas, A. ; Gertzen, C. G. W. ; Wuebben, C. ; Kovacs, H.; Gopalswamy, M. ; Riesner, D. ; Steger, G.; Schiemann, O. ; Gohlke, H. ; Span, I. ; Etzkorn, M. (Corresponding author)
Time-resolved structural analysis of an RNA-cleaving DNA catalyst
Nature 601, 144-149 (2022) [10.1038/s41586-021-04225-4]

Moe-Lange, J. (Corresponding author) ; Gappel, N. M. ; Machado, M. ; Wudick, M. M. ; Sies, C. S. A. ; Schott, S. ; Bonus, M. ; Mishra, S. ; Hartwig, T. ; Bezrutczyk, M. ; Basu, D. ; Farmer, E. E. ; Gohlke, H. ; Malkovskiy, A. ; Haswell, E. S. ; Lercher, M. J. ; Ehrhardt, D. W. ; Frommer, W. B. (Corresponding author) ; Kleist, T. J.
Interdependence of a mechanosensitive anion channel and glutamate receptors in distal wound signaling
Science advances 7(37), eabg4298 (2021) [10.1126/sciadv.abg4298]

Harris, A. ; Wagner, M. ; Du, D. ; Raschka, S. ; Nentwig, L.-M. ; Gohlke, H. ; Smits, S. H. J. ; Luisi, B. F. (Corresponding author) ; Schmitt, L. (Corresponding author)
Structure and efflux mechanism of the yeast pleiotropic drug resistance transporter Pdr5
Nature Communications 12(1), 5254 (2021) [10.1038/s41467-021-25574-8]

Weitere Veröffentlichungen