{"id":50757,"date":"2026-04-23T14:35:14","date_gmt":"2026-04-23T12:35:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/?p=50757"},"modified":"2026-04-24T14:37:45","modified_gmt":"2026-04-24T12:37:45","slug":"schneller-und-praeziser-durch-maschinelles-lernen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/2026\/04\/23\/schneller-und-praeziser-durch-maschinelles-lernen\/","title":{"rendered":"Schneller und pr\u00e4ziser durch maschinelles Lernen"},"content":{"rendered":"\n

KIMMDY-Software visualisiert biologische Prozesse in Bewegung<\/strong>
<\/p>\n\n\n\n

Molek\u00fcle in biologischen Zellen sind st\u00e4ndig in Bewegung. Sie zu untersuchen ist jedoch nach wie vor schwierig, da die Prozesse auf sehr kleinen L\u00e4ngen- und Zeitskalen ablaufen. Forscher des Heidelberger Instituts f\u00fcr Theoretische Studien (HITS) und des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Polymerforschung (MPI-P) haben nun eine Simulationsmethode entwickelt, die schnell arbeitet und chemische Prozesse in Zellen mit hoher Pr\u00e4zision vorhersagen kann. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications<\/em> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n

Jenseits der Grenzen herk\u00f6mmlicher Computersimulationen<\/strong><\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/a>
Die neue Software kombiniert verschiedene Rechenans\u00e4tze und nutzt maschinelle Lernverfahren, um zu berechnen, wann und wo chemische Reaktionen stattfinden k\u00f6nnen. (Grafik: MPIP)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Seit vielen Jahren nutzen Forscher Computersimulationen, um das Verhalten von Molek\u00fclen zu untersuchen. Diese Simulationen k\u00f6nnen jedoch ein wesentliches Merkmal des Lebens nicht abbilden: die Reaktivit\u00e4t. Diese muss zugunsten der Effizienz geopfert werden. So k\u00f6nnen herk\u00f6mmliche Methoden zwar gro\u00dfe Systeme auf ausreichenden Zeitskalen verarbeiten, in diesen Modellen k\u00f6nnen Bindungen jedoch nicht brechen oder sich neu bilden. Dabei ist jedoch genau diese Beobachtung des Zusammenspiels von molekularer Bewegung und chemischen Ereignissen entscheidend f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis und die Gestaltung komplexer molekularer Systeme.

Forscher des HITS und des MPI-P haben nun eine Methode entwickelt, um diese Einschr\u00e4nkung zu \u00fcberwinden. Die neue Software KIMMDY (Abk\u00fcrzung f\u00fcr: Kinetic Monte Carlo Molecular Dynamics) kombiniert verschiedene Rechenans\u00e4tze und nutzt maschinelle Lernverfahren, um zu berechnen, wann und wo chemische Reaktionen stattfinden k\u00f6nnen.

\u201eDamit k\u00f6nnen wir nicht nur verfolgen, wie sich Molek\u00fcle bewegen, sondern auch, wie sie miteinander reagieren“, sagt Frauke Gr\u00e4ter, Direktorin der Abteilung \u201eBiomolekulare Mechanik“ am MPI-P und ehemalige Gruppenleiterin am HITS. \u201eDas wiederum er\u00f6ffnet v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten, komplexe biologische Prozesse im Computer zu untersuchen.“

Die neu entwickelte Methode erm\u00f6glicht die Simulation sehr gro\u00dfer molekularer Systeme \u2013 etwa Proteine oder DNA in ihrer nat\u00fcrlichen Umgebung \u2013 und beobachtet gleichzeitig Reaktionsketten, bei denen ein chemischer Schritt den n\u00e4chsten ausl\u00f6st. Solche Prozesse spielen in vielen biologischen Kontexten eine Rolle, beispielsweise bei Kollagen, einem Protein, das f\u00fcr die Stabilit\u00e4t unserer Haut, Knochen und des Bindegewebes entscheidend ist. Das Forschungsteam konnte nachverfolgen, wie reaktive Molek\u00fclfragmente sich durch das Protein bewegen und sich an bestimmten Stellen ansammeln. Auch DNA-Sch\u00e4den, wie sie beispielsweise durch UV-Strahlung verursacht werden, k\u00f6nnen nun untersucht werden.

Die neue Methode zeichnet sich dadurch aus, dass die Berechnung von Systemen mit Millionen von Atomen effizienter abl\u00e4uft als bei konkurrierenden Ans\u00e4tzen. Dadurch k\u00f6nnte KIMMDY in Zukunft dabei helfen, biologische und chemische Prozesse besser zu verstehen. Gleichzeitig er\u00f6ffnet KIMMDY neue M\u00f6glichkeiten zur Interpretation experimenteller Ergebnisse und zur Planung neuer Experimente. Das Projekt wurde von der Klaus-Tschira-Stiftung unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Publikation:<\/strong>
Hartmann, E.; Buhr, J.; Riedmiller, K.; Ulanov, E.; Sch\u00fcpp, B.; Kiesewetter, D.; Sucerquia, D.; Aponte-Santamar\u00eda, C.; Gr\u00e4ter, F. KIMMDY: a biomolecular reaction emulator. Nat Commun 17<\/strong>, 3500 (2026) <\/em>Source<\/em><\/a>DOI<\/em><\/a><\/p>\n\n\n\n

Weitere Informationen: www.simplaix.org<\/a><\/p>\n\n\n\n

Wissenschaftlicher Kontakt:
<\/strong>Prof. Dr. Frauke Gr\u00e4ter
Director
Max Planck Institute for Polymer Research
graeter@mpip-mainz.mpg.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

Medienkontakt:
<\/strong>Angela Michel
Head of Communications
Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS)
E-Mail: angela.michel@h-its.org<\/a>
www.h-its.org<\/a><\/p>\n\n\n\n

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