12.11.2021:

Brücken bauen zwischen Medizin und Data Science

Alte Brücke über den Neckar in Heidelberg

An der HIDSS4Health werden gesundheits- und datenwissenschaftliche Forschung in einem einmaligen Promotionsprogramm zusammengebracht. Einblick in eine ungewöhnliche Graduiertenschule.

An einem Abend im Januar 2020 sitzt Verena Bitto auf ihrem Sofa in Bockenheim bei Frankfurt, das Laptop auf dem Schoß, einen dampfenden Kaffee auf dem Tisch, und klickt sich durch Webseiten für Promotionsprogramme. Angebote für top-qualifizierte Informatikerinnen wie sie gibt es jede Menge, „man wird geradezu überschüttet“. Aber Datenwissenschaften alleine sind der 32-Jährigen zu wenig. Sie möchte mit Forschenden aus einer anderen Disziplin gemeinsam an komplexen Problemen arbeiten, zum Beispiel um Krebs besser behandeln zu können. Bei ihrer Online-Recherche stößt Bitto auf eine Graduiertenschule der Helmholtz-Gemeinschaft: HIDSS4Health. „Ich wusste sofort, wow, das ist es.“ Drei Jahre interdisziplinäre Forschung intensiv. Eine Möglichkeit, ihr Interesse für Medizin und Molekularbiologie mit ihrem Know-how in Informationswissenschaft zu verbinden. Eine Chance, sich zu 100 Prozent in die Forschung reinknien zu können, ohne zeitraubende Lehrverpflichtung.

Doktorandin Verena Bitto
Verena Bitto forscht an der HIDSS4Health mit Data Science-Methoden zur Behandlung von Kopf-Hals-Karzinomen. (Foto: MaibornWolff)

Seit September 2020 promoviert Verena Bitto nun an der HIDSS4Health. Mit Hilfe von Datenanalysen will sie herausfinden, welchen Einfluss die Sauerstoffversorgung von Tumoren auf die Behandlung von Kopf-Hals-Karzinomen hat. Sie untersucht Bildinformationen, analysiert molekulare Informationen aus Tumoren und versucht alle Daten zu einem großen Ganzen zusammenzufügen. Tauscht sich wöchentlich mit den Life-Science-Kolleginnen aus, die Datensätze im Labor sammeln. Wie entstehen die Daten überhaupt, wo können Fehler zustande kommen oder ungewöhnliche Muster entstehen, ist im Labor bei der Messung diesmal etwas anders gelaufen? Was brauchen die Datenwissenschaftler umgekehrt für eine aussagekräftige Datenanalyse? Bitto: „Erst diese enge Zusammenarbeit bringt beide Seiten enorm weiter.“

Big Data als Schlüssel für die Gesundheitsforschung

Verena Bitto ist eine von 37 Promovierenden an der HIDSS4Health. Seit April 2019 forschen hier Nachwuchswissenschaftler und Nachwuchswissenschaftlerinnen im Rahmen eines ganz besonderen Programms: An der HIDSS4Health suchen Mediziner, Life-Scientists und Datenwissenschaftler zusammen nach neuen Erkenntnissen und Methoden in der Gesundheitsforschung, von Krebstherapien über Genanalysen bis zu Robotik für Operationen. Denn längst ist klar: Big Data ist ein zentraler Schlüssel, um die Gesundheitswissenschaften voran zu bringen.

Doch Vielfalt und Menge der Daten sind kaum noch überschaubar. Um sie richtig und effektiv nutzen zu können, reicht das Wissen von Medizinern und Lebenswissenschaftlern allein nicht mehr. Es braucht die Kooperation mit Data-Science-Experten, die ihnen helfen, die Erkenntnisschätze zu bergen, die in den Daten liegen. Entscheidend ist dabei: Beide Seiten müssen nicht nur Topexperten in ihrer Fachwissenschaft sein, sondern sich auch möglichst gut in der Kooperationsdisziplin auskennen. Damit Datenwissenschaftler ein Gefühl dafür bekommen: Was braucht die medizinische Forschung? Damit Mediziner und Biologen abschätzen lernen: Wie lassen sich Datenwissenschaften einsetzen?

„Mit der HiDSS4Health wollen wir die Brücke schlagen zwischen Medizin und Datenwissenschaften“, sagt Klaus Maier-Hein, Professor für Medical Image Computing, am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg und einer der drei Sprecher der HIDSS4Health. Der Standort Baden-Württemberg ist ideal für den Brückenbau: DKFZ und die Universität Heidelberg sind weltberühmt für medizinische Forschung und Gesundheitswissenschaften, seit Jahren liegt ein starker Fokus dabei auch auf Informatik. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entstand die erste Fakultät für Informatik in Deutschland. Heute ist das KIT Weltspitze in Sachen Datenwissenschaften und Künstliche Intelligenz (KI). Was also lag näher, als aus der geballten Kompetenz der drei Institutionen ein gemeinsames Promotionsprogramm zu weben?

„Es entsteht große Energie durch die Zusammenarbeit. Forschende, die vorher fast nie miteinander gesprochen haben, kommen jetzt ganz automatisch zusammen.“

Klaus Maier-Hein, Sprecher der HIDSS4Health

Klaus Maier-Hein, Professor für Medical Image Computing am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg, ist einer von drei Sprechern an der HIDSS4Health. (Foto: Jutta Jung, DKFZ)

Vielfältige Energien durch Kooperation

Entstanden ist ein flexibler Mix aus modularen Pflichtbausteinen und Veranstaltungsangeboten. Pflicht ist etwa eine gemeinsame einsemestrige Ringvorlesung über Data Science und Health, in der Fachleute den Stoff ganzer Semestervorlesungen zu Themen wie Big Data und High Performance Computing in neunzig Minuten zusammenfassen. Seit die Ringvorlesung online stattfindet, melden sich auch Forschende aus mehr als 20 anderen Institutionen an.

Im Lenkungsausschuss tauscht DKFZ-Mann Maier-Hein mit zwei Repräsentanten von KIT und Universität Heidelberg, Vertretern der Forschungsgruppen und der Promovierenden monatlich Ideen zu Schulentwicklung und Forschungszusammenarbeit aus.  Die Doktoranden werden von einem Tandem betreut – bestehend aus einem Gruppenleiter der Datenwissenschaften und einem des jeweiligen Anwendungsgebietes, den sogenannten Principal Investigators (PI). HIDSS4Health-Sprecher Klaus Maier-Hein ist zufrieden. „Es entsteht große Energie durch die Zusammenarbeit. Forschende, die vorher fast nie miteinander gesprochen haben, kommen jetzt ganz automatisch zusammen.“ Gut zwei Jahre nach dem Start der School sei ein „Wahnsinnssprung in der Kooperation“ entstanden. Abteilungsleiterinnen am DKFZ und der Informatikfakultät tauschen sich aus, Grundlagenforscher der Universität klopfen bei ihm im DKFZ an: Habt ihr an der HIDSS4Health Forschungsgruppen, die sich mit unserem Feld auskennen? Schon viele neue Projekte sind so entstanden. Auch das Land Baden-Württemberg ist überzeugt von der School: In diesem Jahr fördert das Wissenschaftsministerium sechs zusätzliche Promotionsplätze aus Landesmitteln.

Im Januar jedes Jahres haben Ines Reinartz, Koordinatorin der HIDSS4Health am KIT, und ihre Kollegin Kathrin Brunk vom DKFZ alle Hände voll zu tun. Die neuen Projekte sind online ausgeschrieben, viele Interessierte werden über die Helmholtz Information & Data Science Academy (HIDA), die zentrale Dachorganisation aller sechs Helmholtz Information & Data Science Schools, und die Social-Media-Kanäle der Partnerinstitutionen auf das Angebot aufmerksam. Und das zieht: 2021 haben sich 270 Personen für die 13 neuen Projekte beworben, achtzig Prozent kommen von Top-Instituten in der ganzen Welt.  „Besonders froh sind wir über die vergleichsweise vielen Bewerberinnen“, sagt Reinartz: „41 Prozent der Teilnehmenden an der Online-Bewerbungsrunde 2021 waren Frauen.“ Insgesamt 13 Datenwissenschaftlerinnen forschen derzeit an der School.

Die beiden Koordinatorinnen der HIDSS4Health Kathrin Brunk und Ines Reinartz. (Foto: Kathrin Brunk / KIT)

„Austausch auf Augenhöhe“

Verena Bitto hat sich beim Online-Auswahl-Event gleich mehrere Projekte angeschaut. „Wir konnten von Projekt zu Projekt springen, die PIs haben ihre Pläne geschildert“, sagt Bitto. „Es waren weniger Auswahlgespräche, sondern ein Austausch auf Augenhöhe –  beeindruckend.“ Das Projekt zu den Kopf-Hals-Karzinomen hat Bitto schließlich am meisten fasziniert: „Da stimmte alles: Thema, Team und Spirit.“

Seit einem knappen Jahr genießt Bitto die enge, fachübergreifende Zusammenarbeit an der HIDSS4Health: egal ob in den jährlichen Retreats oder auf Hackathons, in den Summerschools oder bei Treffen mit Doktoranden der anderen Helmholtz Information & Data Science Schools oder natürlich im regelmäßigen Kontakt mit ihrem PI-Tandem und interdisziplinären Forschungsteams. „Ich würde mich jederzeit wieder dafür entscheiden“. Und wenn Bitto ein Seminar zu einem Spezialaspekt ihres Forschungsthemas besuchen möchte, sich in Zeitmanagement weiterbilden will oder Unterstützung bei ihrer Arbeit sucht, reicht ein Anruf bei Koordinatorin Reinartz.

Es ist Spätnachmittag, Doktorandin Verena Bitto analysiert multidimensionale Datensätze an ihrem Laptop. Klickt sich durch Videos und Papers anderer Arbeitsgruppen. Hört sich jede Woche Online-Vorlesungen zur Entwicklung der Krebsforschung am DKFZ an. Manchmal, sagt sie, verstehe sie erstmal nichts, oft aber seien die Termine eine Oase reicher Entdeckungen für sie. Was passiert in den Nachbarfeldern, woran arbeiten andere Gruppen zurzeit? Gerade hat Bitto den ersten Entwurf für ein Paper ihrer Arbeitsgruppe geschrieben. Thema: Lässt sich die Überlebenswahrscheinlichkeit bei sauerstoffarmen Tumorzellen steigern, wenn man während der Standard-Radiochemotherapie ein zusätzliches Medikament verabreicht – Erkenntnisse aus ersten Versuchen mit Mäusen. Kommende Woche ist Review-Termin mit den Kollegen. Was ist plausibel? Wo hakt es aus der jeweiligen Fachperspektive?

„Es fühlt sich gut an, meine Informatik-Kenntnisse in der Krebsforschung anzuwenden“, sagt Bitto. Oft genug hat sie in Familie und Freundeskreis beobachtet, was das heißt: an Krebs sterben. „Wenn durch meine Forschung bösartige Tumore mal präziser und effektiver behandelt werden können, bin ich glücklich. Auch wenn es nur ein kleiner Beitrag ist zu etwas wirklich Großem.“

 

Autorin: Anja Dilk

Alternativ-Text

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