Messung und Analyse dreidimensionaler Trajektorien schwimmender Mikroorganismen

游动微生物三维轨迹的测量与分析

• 批准号: 63731691
• 负责人: Professor Dr. Axel Rosenhahn
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Informationsverarbeitung
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2007-12-31 至 2016-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/63731691?language=en
• 关键词: Messung; und; Analyse; dreidimensionaler; Trajektorien

Viele Vorgänge in der Natur laufen auf einer Längenskala im Mikrometerbereich ab. Um solche Prozesse untersuchen zu können werden Mikroskope verwendet, die in der Lage sind kleine biologische Objekte wie zum Beispiel Zellen vergrößert abzubilden. Neben der Struktur von Zellen, Mikroorganismen oder Bakterien, ist ihre aktive Bewegung wichtig, damit diese kleinen Bausteine des Lebens ihre Aufgabe erfüllen können ( Leben ist Bewegung“ [65]). Solche Bewegungen können sowohl zufällig (z.B. suchend), als auch eine Reaktion auf äußere Reize wie zum Beispiel Temperatur, Licht oder Chemikalien sein [57, 18, 8]. Insbesondere bei schnellen Prozessen wie zum Beispiel schwimmenden Bewegungen ist es in vielen Fällen wünschenswert, dreidimensionale Informationen über das Verhalten individueller Mikroorganismen zu erhalten. Ein hierfür geeignetes, relativ junges Mikroskopieverfahren ist die digitale in-line holographische Mikroskopie [40]. Mit ihr ist es seit einigen Jahren möglich, Objekte mit einer Größe von nur einigen Mikrometern zu verfolgen und ihr individuelles Verhalten in Form ihrer Trajektorien, also die Objektposition in Abhängigkeit der Zeit, zu analysieren [96, 39, 47]. Wir wollen dieses Verfahren anwenden um Verhalten von Mikroorganismen in vier Dimensionen1 zu studieren und die erhaltenen Trajektoriendaten automatisch zu analysieren. Eine Rekonstruktion und Interpretation der gemessenen Hologramme ist mit Computern möglich. In der Heidelberger Nachwuchsgruppe wurden Softwarepakete entwickelt, die semiautomatisch in der Lage sind, aus den erhaltenen Streuinformationen die Position von Objekten zu ermitteln und wichtige Kenngrößen der Bewegungen zu berechnen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist nun die vollautomatische Datenanalyse und der damit verbundene, große Datendurchsatz. Vor allem im Hinblick auf die Variabilität in der Biologie ist eine fundierte statistische Analyse notwendig um quantitative Aussagen über Verhaltensmuster treen zu können. Im Rahmen dieses Antrags sollen die Disziplinen der Physikalischen Chemie, die sich mit der Aufnahme undUntersuchung von schwimmenden Mikroorganismen beschäftigt, und der Informatik, welche einen breiten Schatz an Methoden der Bildverarbeitung und Signaltheorie einbringen kann, in einem interdisziplinären Forschungsprojekt verschmolzen werden. Es wurde daher ein neuer Ansatz definiert, der ausgerichtet an spezifischen wissenschaftlichen Fragestellungen eine neue Plattform für die vollautomatisierte Analyse und Klassifizierung von holographischen Streudaten schaffen soll. Durch wohldefinierte Schnittstellen sollen neue Algorithmen in der Informatik entwickelt werden, die eine Analyse des komplexen Datenmaterials ermöglichen. Auf diese Weise soll eine eindeutige quantitative Interpretation der Trajektorien von Mikroorganismen unter dem Einuss verschiedener Umgebungsparameter möglich werden. Neben dem Einuss natürlicher Größen wie der Änderung von Bewegungsmustern in Abhängigkeit der verwendeten Spezies, der Flagellenzahl, des Lichteinfalls und der Temperatur stellen wir modellhaft zwei Anwendungen vor, das Screening von Oberflächen mit potenziell antiadhasiven Eigenschaften sowie die Anwendung in der Ökotoxikologie.

Viele Vorgänge in der nature laufen auf einer Längenskala im Mikrometerbereich ab. Um solche Prozesse untersuchen zu können werden Mikrometerbereich ab. Um solche Prozesse untersuchen zu können werden Mikroskope verwendet, die in der lagine biologische objjekte wium Beispiel Zellen vergrößert abzubilden。[65] [endnotermen oderbakterien, ist ihre aktive Bewegung whichtig, damit diese kleinen Bausteine des Lebens ihre Aufgabe erf<s:1> llen können (lebenist Bewegung)]。Solche Bewegungen können sowohl zufällig (z.B. suchend)，也参见Reize zum Beispiel temperature， light - der - chemistry sein[57, 18, 8]。微生物个体与微生物个体的关系：微生物个体与微生物个体的关系：微生物个体与微生物个体的关系：微生物个体与微生物个体的关系。[footnoter.com] [footnoter.com] [footnoter.com] [footnoter.com]。Mit ihr ist es seit einigen Jahren möglich, Objekte Mit einer Größe von nur einigen mikrometeren zu verfolgen und ihr individuelles Verhalten in Form ihrer Trajektorien，也die object tposition in Abhängigkeit der Zeit， zu analysieren[96, 39, 47]。我们构想这本埃森anwenden嗯Verhalten冯Mikroorganismen在竞争者Dimensionen1祖茂堂去学习和死erhaltenen Trajektoriendaten automatisch祖茂堂analysieren。[3] [j]全息图重建与解释[j] .计算机学报möglich。在海德堡Nachwuchsgruppe wurden Softwarepakete entwickelt， die semiautomatisch In der Lage sinte, aus den erhaltenen Streuinformationen die Position von object zu ermitteln and wictige Kenngrößen der Bewegungen zu berechnen。Ziel dieses Forschungsvorhabens ist undie vollautomatische Datenanalyse und der damit verbundene, große Datendurchsatz。研究对象：Hinblick auf die Variabilität在《生物科学》杂志上的统计分析与定量研究<e:2>，她的Verhaltensmuster tree [können]。1 .在物理化学研究中，在微生物学研究中，在信息技术研究中，在信号理论研究中，在信息技术研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在信息技术研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在信息技术研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在信息技术研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中，在物理化学研究中。在此基础上，建立了一种新的分析方法，并建立了一种新的分析平台，用于分析全息分析和分类分析。Durch将定义schnittstellsollen算法在der Informatik entwickelt werden， die eine Analyse des complexen Datenmaterials ermöglichen。[2][1][1][1][1][1][0][0][0]。Neben dem Einuss nat<s:1> rlicher Größen wie der Änderung von Bewegungsmustern在Abhängigkeit der verwendeten Spezies， der Flagellenzahl， des Lichteinfalls和der temperatustemwmodel haft zwei Anwendungen vor， as筛选von Oberflächen mit potentiziell antiadhasiven Eigenschaften sowie die Anwendung in der Ökotoxikologie。