Beitragende Institute

Institut für Epidemiologie und Sozialmedizin

Die Epidemiologie erforscht die Häufigkeit, die Verbreitung und die Determinanten von Gesundheit und Krankheit durch Untersuchung der Bevölkerung oder Bevölkerungsgruppen. Sie analysiert wahrscheinliche Zusammenhänge zwischen Risikofaktoren, gesundheitlichen Belastungen oder Lebensumständen und dem Auftreten von Krankheiten.

Am Institut für Epidemiologie und Sozialmedizin generieren wir mit Hilfe moderner statistischer und epidemiologischer Methoden Erkenntnisse zur Bewertung der Folgen, welche durch den Kontakt mit Infektionserregern und/oder Veränderungen des Immunsystems, bei übertragbaren als auch nicht übertragbaren Krankheiten, einhergehen. Dies umfasst die Gebiete der Diagnose, des Verständnisses der Pathogenese, der Prävention, der Prognose sowie die Auswirkungen von Interventionen.

Die Modellierung von Infektionskrankheiten ist ein grundlegendes Instrument in der Epidemiologie, das Antworten auf relevante Fragen der öffentlichen Gesundheit zu beantworten und Entscheidungsträger umfassend zu informieren, u. a. im Gesundheitswesen und in Epidemie- und Pandemie-Situationen.

Institut für Virologie

Die Forschung am Institut für Virologie Münster (IVM) konzentriert sich auf die Frage, wie virale Erreger der Atemwege wie Influenzaviren oder SARS-Coronaviren mit der Wirtszelle und dem Immunsystem interagieren, um eine effiziente virale Replikation zu ermöglichen. Das Institut ist in verschiedene Untergruppen gegliedert, die sich mit unterschiedlichen Fragestellungen befassen, die von der Bedeutung intrazellulärer Signaltransduktionsprozessen oder der Rolle posttranslationaler Modifikationen viraler und zellulärer Proteine bis hin zu Projekten über die onkolytische Aktivität von Influenzaviren und allgemeinen molekularen Aspekten akuter und chronischer Entzündungsreaktionen reichen. Ziel der Arbeiten ist es, durch die Kenntnis der zellulären Prozesse, die die Virusreplikation steuern, mehr über die viralen Replikationsstrategien zu erfahren und möglicherweise neue Angriffspunkte sowohl für die antivirale als auch die Tumortherapie zu finden. Am Institut ist die Geschäftsstelle der bundesweiten One-Health-Plattform angesiedelt, die vom BMBF mitfinanziert wird. In diesem Zusammenhang war das Institut auch an gemeinsamen Projekten zur Entwicklung flexibler, einfach zu bedienender Simulationsframeworks für die Konstruktion, Ausführung und Analyse agentenbasierter Infektionsmodelle beteiligt, die zum Teil vom BMBF und dem Land NRW gefördert wurden (Epipredict, Copredict, VIRAL.NRW). Das IVM gehört zu den Gründungsmitgliedern von IMMIDD. Neben der geno- und phenotypischen Charakterisierung und Risikobewertung von zirkulierenden und neuen respiratorischen Erregern gehört die Modellierung möglicher epidemischer oder pandemischer Ausbrüche von Viren wie SARS-CoV oder Influenza Viren zu den essentiellen Bausteinen für einen effektiven Bevölkerungsschutz. Dies soll im IMMIDD in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen adressiert werden.

Institut für Analysis und Numerik

Die Forschungsgruppe „Anwendungen von PDEs“ beschäftigt sich mit der Modellierung und numerischen Simulation komplexer Systeme, der Nutzung von High-Performance-Computing (HPC) und der Entwicklung von Open-Source-Forschungssoftware. Fortschrittliche Modelle und numerische Methoden ermöglichen eine genauere Analyse und zuverlässigere Vorhersagen.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Modellierung von Infektionskrankheiten, insbesondere auf der Integration zusätzlicher Funktionen und Daten zur Verbesserung der Prognosequalität. Die räumliche Ausbreitung von Infektionen stellt dabei eine besondere mathematische Herausforderung dar, da sie sich nicht allein durch klassische Distanzmaße beschreiben lässt. Das Reiseverhalten beeinflusst Kontakte und führt dazu, dass Entfernungen nicht rein euklidisch betrachtet werden können. Beispielsweise kann ein nahegelegenes Dorf in einem maßgeblichen Mobilitätsmodell weiter entfernt sein als eine größere Stadt mit direkter Verkehrsanbindung. Die Analyse solcher räumlichen Effekte zeigt Ähnlichkeiten zu Wanderwellen, geht aber über klassische Modellannahmen hinaus.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die numerische Simulation und die effiziente Analyse großer Datenmengen. Die Berechnung von Modellvorhersagen erfordert Methoden, die sowohl Genauigkeit als auch Rechenaufwand optimieren. Insbesondere die Quantifizierung von Unsicherheiten stellt eine zusätzliche Herausforderung dar, da sie den Rechenaufwand oft erheblich erhöht. Durch die Weiterentwicklung numerischer Verfahren und den Einsatz von HPC lassen sich diese Herausforderungen adressieren.

In der Vergangenheit hat die Gruppe insbesondere im Rahmen von Studentenprojekten an Fragestellungen zur räumlichen und altersabhängigen Dynamik von Infektionskrankheiten gearbeitet. Durch die Erweiterung klassischer ODE-Modelle um partielle Differentialgleichungen konnten räumliche Faktoren wie Vegetation, Topografie oder Verkehrsinfrastrukturen in Simulationen integriert werden. Die Berücksichtigung von Mobilität durch private und öffentliche Verkehrsmittel führte dabei zu einem graphbasierten Modellansatz.

Die Forschungsgruppe befasst sich kontinuierlich mit mathematischen Fragestellungen, die aus praktischen Problemstellungen entstehen. Die Modellierung von Infektionskrankheiten bleibt aufgrund der globalen Vernetzung von besonderer Relevanz.

Institut für Geoinformatik

Geoinformatik ist die Wissenschaft der rechnergestützten Modellierung raum-zeitlicher Prozesse. Die Ausbreitung von Infektionskrankheiten stellt einen solchen Prozess dar, bei dem sowohl zwischenmenschliche Interaktionen als auch Umweltfaktoren eine entscheidende Rolle spielen. Daten zu menschlichen Aktivitäten, Mobilität und Verkehr – etwa aus Volkszählungen – sowie Wetterdaten und Satellitenbilder können die Modellierung und Vorhersage von Krankheitsübertragungen erheblich verbessern.

Im Rahmen einer laufenden Doktorarbeit untersuchen wir den Zusammenhang zwischen COVID-19-Inzidenzen, Aktivitätsdaten von Mapbox und Herkunfts-Ziel-Matrizen aus Volkszählungsdaten mithilfe räumlicher statistischer Methoden. Dabei nutzen wir verallgemeinerte lineare gemischte Modelle mit explizit räumlich korrelierten Zufallseffekten. Der Austausch mit anderen IMMIDD-Mitgliedern wird dazu beitragen, die Ergebnisse unserer Modelle besser zu interpretieren. Gleichzeitig ermöglicht unsere Expertise, anderen IMMIDD-Mitgliedern ein tieferes Verständnis für explizite räumliche und raum-zeitliche Effekte sowie deren Modellierung zu vermitteln.

Institut für Wirtschaftsinformatik

Das Institut für Wirtschaftsinformatik (Department of Information Systems) beschäftigt sich mit der Gestaltung und Anwendung von Informationssystemen. Diese Systeme bilden die soziotechnische Schnittstelle von Menschen und Technologie.

Im Kontext der Infektionsforschung werden von Wirtschaftsinformatikern Systeme entwickelt, die helfen können, Infektionsausbrüche besser verstehen und bekämpfen zu können.

Ein Beispiel dafür ist das BMBF-geförderten OptimAgent-Projekt, in dem Wirtschaftsinformatiker der Universität Münster dazu beitragen, ein deutschlandweites Simulations-Framework zu entwickeln. Dieses System ermöglicht es Forschern, Interventionsstrategien in einer virtuellen Population zu testen und deren Wirksamkeit zu evaluieren.

Im 2022 abgeschlossenen EpiPredict-Projekt wurde eine Simulationsplattform entwickelt, welche ohne Programmierkenntnisse nutzbar ist, und die infektiologische Modellierung somit einem deutlich breiteren Publikum zugängig macht.

Das IMMIDD ist eine exzellente Initiative, um die technische Expertise der Wirtschaftsinformatik mit angewandter Infektionsforschung der anderen Fachbereiche zu fusionieren. Hierdurch können hoch-relevante und gleichzeitig anwenderorientierte Systeme entwickelt werden.

Institut für Theoretische Physik

(Text im Aufbau)