Die Systembiologie ist eine junge Wissenschaftsdisziplin, die verschiedene Aspekte der Biologie, Mathematik, der Ingenieurwissenschaften, der Physik und der Informatik miteinander kombiniert. Durch diese Herangehensweise kann eine systematische Untersuchung auf komplexe Interaktionen biologischer Systeme fokussiert werden. Die Systembiologie betrachtet das System als Ganzes und kreiert ein integratives Abbild eines komplexen Lebensprozesses durch mathematische Simulation – das beginnt mit der Einzelzelle und reicht hin zur Simulation eines Gesamtorganismus.

Ziel unserer Forschung ist es, einen Beitrag zur Aufklärung jener Mechanismen zu leisten, die den basalen Zellprozessen zugrunde liegen. Die Mechanismen finden bei evolutiven Prozessen ebenso statt, wie innerhalb der Wechselbeziehungen von Mikroben miteinander oder mit ihren Wirtszellen. Dieses Wissen wird dann in biotechnologische und biomedizinische Anwendungen überführt. Das strategische Konzept dahinter ist, theoretische Rahmenbedingungen zu entwickeln und auch anzuwenden, die die experimentelle Forschung stützen. Und mit dieser sollen die vielen Prozesse und Hierarchien der zellulären Netzwerke ebenso verstanden werden, wie die Zusammenhänge, die es gibt zwischen Prokaryoten, oder Prokaryoten und ihrer Umgebung (z.B. Pseudomonas) - also auch dem Wirt.

Letztendlich zielen wir darauf ab, diese Rahmenbedingungen für die gerichtete Re-Programmierung von Zellen einzusetzen, und um eine rationale Basis für die Experimente zu finden, bei denen mathematische Modellierungen mit Experimenten in jedem Entwicklungzustand, kombiniert werden. Die Re-Programmierung von Zellen unter der Schirmherrschaft der Synthetischen Biologie, spielt eine immer wichtigere Rolle in unserer Forschung. Die Synthetische Biologie kann als technisch betrachtet werden, der Design-Gegenpart der Systembiologie. Sie stützt sich sowohl auf dem Wissen, das in der Biologie und der Robotik gewonnen wurde, als auch auf der Anpassung von Designprinzipien des Ingenieurwesens, die aus den Informationstechnologien stammen. Ein mittelfristiges Ziel ist die Verbindung des Wissens, das man aus dem quantitativen Verständnis (Modellierung) zellulärer Prozesse bei Prokaryoten gewonnen hat, mit mathematischen Rahmenbedingungen, die die essentiellen Gegebenheiten der Wirt-Pathogen-Interaktion darstellen.

Langfristig erwartet man, dass die Expertise und das gewonnene Wissen das Fundament bilden werden, um solide in silico Modelle zu etablieren. Sie sollen gemeinsam mit „virtuellen Patienten“ und „virtuellen Infektion / Wirkstofftargets“ dazu beitragen, dass man a) die zugrundeliegenden Schlüsselmechanismen von Infektionen samt Immunantworten verifizieren kann, und b) dass man eine sichere, vorhersagbare Methode hat um Effizienz und Produktivität der Wirkstoffforschung zu verbessern. Denn mit dem Einsatz von virtuellen Patienten und virtuellen Wirkstoffen/Zielstrukturen simuliert die in silico Forschung und Entwicklung (F&E) Experimente am Computer. Dadurch kann schnell getestet werden, was ansonsten Monate oder Jahre in Labor oder Klinik dauern würde. Produktions- und Entwicklungskosten können drastisch reduziert werden und es besteht die Möglichkeit der gezielten Wirkstoffentwicklung.