Gesa Birkenbach (Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover)
Gesa Birkenbach erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover im Jahr 2025 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die Arbeit:
Maschinelles Lernen zur Identifizierung von Triterpen-modifizierenden Cytochrom-P450-Monooxygenasen
Wie Machine Learning durch Vorhersagen zur Substratgruppe pflanzlicher Cytochrom-P450-Enzyme (CYPs) zur funktionellen Charakterisierung von CYP-Enzymen beitragen kann
Cytochrom-P450-Enzyme (CYPs) übernehmen Funktionen in vielen verschiedenen Stoffwechselwegen. Besonders bei der Biosynthese pflanzlicher Triterpenoide, einer großen Gruppe strukturell und funktionell diverser Abwehrstoffe, spielen CYP-Enzyme eine wichtige Rolle. Durch die Vielzahl an CYP-Enzymen im pflanzlichen Organismus ist es jedoch oft schwierig, die an einem bestimmten Stoffwechselweg beteiligten CYPs zu identifizieren. Zur Erleichterung der Auswahl relevanter CYP-Enzyme wurde in dieser Masterarbeit ein Machine-Learning-Modell trainiert, welches basierend auf der Proteinsequenz eines CYP-Enzyms vorhersagt, ob es an der Biosynthese von Triterpenoiden beteiligt sein könnte. Um die Funktionsweise des KI-Modells nachvollziehen zu können, wurde untersucht, welche Eigenschaften der Sequenzen wichtig für die Entscheidungsfindung des Modells waren. In einer ersten Anwendung des Modells auf eine Testpflanze konnten Vorhersagen zu CYP-Enzymen getroffen werden, welche an bisher unbekannten Stoffwechselwegen beteiligt sein und somit bei deren Aufklärung helfen könnten. Aus einer Analyse von falschen Vorhersagen konnten zudem wertvolle Einblicke in die Schwächen des Modells gewonnen werden, welche richtungsweisend für zukünftige Verbesserungen des Modells sind. Die Masterarbeit demonstriert das Potenzial interdisziplinärer Forschungsansätze und den möglichen Nutzen von künstlicher Intelligenz für die Pflanzenwissenschaften.
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Gesa Birkenbach fertigte die Arbeit am Institut für Zellbiologie und Biophysik in den Arbeitsgruppen von Prof. Sophia Rudorf und Prof. Jakob Franke an.