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Spotlight For­schung: Prof. Stefan Kast zur DFG-Initiative „Nationale For­schungs­da­ten­in­fra­struk­tur

„Wir sind auf dem richtigen Weg“

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Porträt Prof. Kast © Aliona Kardash​/​TU Dort­mund
Prof. Stefan Kast ist seit 2018 Dekan der Fa­kul­tät für Chemie und Che­mi­sche Biologie der TU Dort­mund.

Prof. Stefan Kast ist Dekan der Fa­kul­tät für Chemie und Che­mi­sche Biologie und er­forscht das Verhalten von Molekülen in flüssigen Umgebungen. Forschungsdaten sys­te­ma­tisch zu erfassen und nachhaltig zu nut­zen, ist aus seiner Sicht essenziell für den wis­sen­schaft­lichen Fortschritt. Mit der Nationalen For­schungs­da­ten­in­fra­struk­tur (NFDI) fördert die Deutsche Forschungs­gemein­schaft (DFG) erstmals große Verbundprojekte, um den Umgang mit Forschungsdaten zu standardisieren. Prof. Kast ist Mitglied in der „NFDI4Chem“, ei­nem Konsortium innerhalb der NFDI-Initiative, das das Management von Forschungsdaten für einen Großteil der chemischen Disziplinen abstimmen möch­te. Im Interview er­klärt er, warum For­schungs­daten­ma­nage­ment nicht nur für seine Ar­beit, sondern für die gesamte Wis­sen­schaft immer wichtiger wird.

Herr Prof. Kast, woran forschen Sie gerade?

Meine Arbeits­gruppe befasst sich mit dem Verhalten von Molekülen in Lö­sung, also flüssigen Umgebungen. Dieses Verhalten modellieren wir mit Computern bis zur atomaren Auflösung, um Experimente präzise interpretieren zu kön­nen. Gleichzeitig verfeinern diese Simulationen unsere Methoden, sodass wir bestimmte Messgrößen bereits quantitativ vor­her­sa­gen kön­nen. Damit sind viele bislang ungeklärte For­schungs­fra­gen verbunden: Zum Beispiel lässt sich aus der chemischen Struk­tur eines Moleküls nicht einfach ableiten, welche Ei­gen­schaf­ten es in flüssigen Umgebungen aufweist. Diese flüssige Um­ge­bung – das so­ge­nannte Solvens – ist auf mikroskopischer Ebene sehr komplex. Wenn wir es besser verstehen, könnten wir in Zukunft viel ge­ziel­ter auf molekularer Ebene arbeiten, etwa in der Pharmaforschung: Wirkstoffmoleküle müssen an ein bestimmtes Zielprotein in der Zelle andocken. An der Bindestelle befindet sich aber bereits Wasser, das zu­nächst verdrängt wer­den muss. Der Wirkstoff muss also so entworfen wer­den, dass er er­folg­reich mit dem Solvens in der Proteinbinderegion konkurrieren kann. Von solch ei­nem chemischen Design ist man derzeit noch weit entfernt – bislang sind viele Wechsel­wir­kungen zwischen Molekülen und ihrer Um­ge­bung unerforscht.

Die DFG will mit der För­de­rung der Nationalen For­schungs­da­ten­in­fra­struk­tur das For­schungs­daten­ma­nage­ment vorantreiben. Warum ist das aus Ihrer Sicht so wich­tig?

Für unsere Ar­beit in der computergestützten Chemie ist eine systematische Erfassung von Daten essenziell, um Jahre später überhaupt noch et­was wiederzufinden, Er­geb­nisse nachzuvollziehen und Fehlerquellen aufzudecken. Außerdem müssen wir sämtliche Einflussfaktoren erfassen, damit wir The­o­rie und Ex­peri­ment synchron weiterentwickeln kön­nen. Reproduzierbarkeit als wesentliche Voraussetzung wis­sen­schaft­lichen Handelns gelingt nur so. Dabei kom­men enorme Datenmengen zu­sam­men. Das gilt aber nicht nur für die Chemie: Immer komplexere Probleme, die zunehmend interdisziplinär bearbeitet wer­den, erfordern sehr große Da­ten­ban­ken, die umso besser gepflegt wer­den müssen, damit Wissen­schaft­lerinnen und Wis­sen­schaft­ler aller Disziplinen darauf zugreifen und die Daten nachvollziehen kön­nen. Das ist eine enorme Her­aus­for­de­rung, denn selbst innerhalb einer Disziplin gibt es oft keine ge­mein­samen Datenstandards. Der Aufbau der NFDI ist da ein Schritt in die richtige Richtung, aber der Weg ist noch weit. In dieser Hinsicht könnte man auch von der Industrie lernen, zum Beispiel der Pharmabranche: Vom ersten wirkstoffartigen Molekül bis zum Medikament arbeiten hier Chemie, Computermodellierung, Toxikologie, Ingenieurwissenschaft und viele wei­tere Disziplinen zu­sam­men. Ohne ein stringentes For­schungs­daten­ma­nage­ment wäre das unmöglich.

Welche künftigen He­raus­for­de­run­gen und Chancen sehen Sie für das Management von Forschungsdaten?

Bei den He­raus­for­de­run­gen spielt der menschliche Faktor eine zentrale Rolle – und zwar in zweierlei Hinsicht. Erstens müssen die Strukturen, die jetzt geplant und aufgebaut wer­den sollen, natürlich in der Wis­sen­schaft akzeptiert und auch konsequent genutzt wer­den. Das klappt nur durch einen permanenten Austausch innerhalb der aka­de­mischen Community. Zweitens braucht es dafür mehr Investitionen in Personal – und zwar dauerhaft: Viele Aufgaben, die mit For­schungs­daten­ma­nage­ment einhergehen, betreffen die Kom­mu­ni­ka­ti­on, den tech­nisch­en Support und die Etablierung von Prozessen. In unserem Konsortium NFDI4Chem ist ein ganzer Teilbereich nur solchen Aufgaben gewidmet. Das sollte man personell nicht unterschätzen, denn es ist wich­tig, den langfristigen Mehrwert der Maß­nahmen aufzuzeigen und diese in der Praxis zu verankern.

Ein weiterer Aspekt ist die Hard­ware. Wenn sich das For­schungs­daten­ma­nage­ment etabliert, wird die Datenmenge massiv zunehmen. Eher früher als später brauchen wir dann Konzepte für die (vertretbare) Löschung von Daten. Daran an­schlie­ßend wer­den Ma­schi­nel­les Ler­nen und Künst­liche In­tel­li­genz eine enorm wichtige Rolle spielen. Hochwertige und gut strukturierte Forschungsdaten bilden die Grundlage für das computergestützte „Ler­nen“ von Zusammenhängen. Gleichzeitig ist bereits absehbar: Ab ei­nem gewissen Punkt wird die Komplexität der Daten die menschliche Fähigkeit zur Strukturierung übersteigen, also müssen KI-Algorithmen bei der Auswertung helfen. Um diese effektiv zu trainieren, sollten Da­ten­ban­ken aber nicht nur „gute“ Daten und erfolgreiche Experimente enthalten, sondern auch Misserfolge dokumentieren. Irgendwann haben wir dann Algorithmen, die aus sehr allgemeinen Eingaben der Wis­sen­schaft gezielt Er­geb­nisse aus riesigen Datenmengen heraussuchen kön­nen – und zwar inter- und trans­disziplinär. Die NFDI könnte hierfür die Grundsteine legen, wir sind auf dem richtigen Weg.


Zur Person:

  • Stu­di­um, Pro­mo­ti­on und Habilitation in Physikalischer Chemie an der TU Darmstadt
  • Postdoc am Dept. of Chem­is­try, The Uni­ver­sity of Chicago, USA
  • Heisenberg-Sti­pen­dium der DFG
  • seit 2009 Professor für Theoretische Physikalische Chemie an der TU Dort­mund
  • seit 2012: Gründungsmitglied und Stellvertretender Vorsitzender des Dort­mun­der Zentrums für Wissen­schaft­liches Rechnen (DoWiR)
  • seit 2018: Dean der “integrated Graduate School Solvation Science” (iGSS) des Exzel­lenz­clus­ters RESOLV
  • seit 2018 Dekan der Fa­kul­tät für Chemie und Che­mi­sche Biologie an der TU Dort­mund


Weitere In­for­ma­ti­onen:
DFG-För­de­rung der Nationalen Forschungsdateninfrastrukturen (NFDI)
Be­ra­tung des Referats For­schungs­för­de­rung zum For­schungs­daten­ma­nage­ment
Drittmittelberatung Referat For­schungs­för­de­rung TU Dort­mund


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