NFDI4Cat und Chemistry Europe sind stolz, Dr. Mark Doerr als Gewinner des Digital Chemist Award 2023 bekannt zu geben. Der gemeinsam von NFDI4Cat und Chemistry Europe verliehene Preis unterstreicht die Bedeutung der FAIR-Prinzipien – Findability, Accessibility, Interoperability und Reusability – in der wissenschaftlichen Forschung.

 

Dr. Mark Doerr: Das Profil des Preisträgers

Dr. Doerr ist von Beruf Biochemiker und Programmierer und arbeitet am Institut für Biotechnologie und Enzymkatalyse der Universität Greifswald in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer. Sein Fokus liegt auf dem tiefen, mechanistischen Verständnis von Biokatalysatoren, die auch für industrielle Anwendungen maßgeschneidert werden können. Die Auszeichnung, die während der Annual Digital Catalysis-Related Sciences Conference 2023 (ADCR 2023) in Frankfurt am Main verliehen wurde, würdigt seine innovative Arbeit an LARAsuite.

 

„Mein besonderer Dank gilt meiner Frau und meiner Familie für ihre unermüdliche Unterstützung sowie Stefan Born, Stefan Maak, Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer, den Teams des KIWI-bioblab und des NFDI4Cat TA1-3 für ihre unschätzbare Unterstützung sowie den brillanten Entwicklern hinter den Werkzeugen, die das Rückgrat von LARAsuite bilden – Ihre Beiträge haben meinen Weg entscheidend geprägt.“  – Dr. Mark Doerr

 

LARAsuite: Ein revolutionäres Werkzeug für die digitale Chemie

Dr. Doerrs preisgekrönte Innovation, die LARAsuite, ist eine umfassende Sammlung von Anwendungen, Datenbanken, offenen Kommunikationsprotokollen und Werkzeugen, die darauf abzielen, die wissenschaftliche Forschung zu verbessern und zu vereinfachen. Es ist nicht nur ein weiteres Electronic Lab Notebook (ELN), sondern eine modulare Plattform der nächsten Generation, die alle Aspekte der Laborarbeit abdeckt und den Aufwand für die manuelle Dokumentation drastisch reduziert. LARAsuite zeichnet sich durch den automatisierten Umgang mit großen Datensätzen aus, wobei der Schwerpunkt auf Design-of-Experiments, KI und Machine-Learning-Anwendungen liegt. LARAsuite zeichnet sich als umfassendes, öffentlich zugängliches Toolkit für die wissenschaftliche Gemeinschaft aus und richtet sich an Wissenschaftler, die sich auf ihre kreative und explorative Arbeit konzentrieren können und nicht auf die Dokumentation.

 

Hauptmerkmale von LARAsuite

1. Modularität und Vielseitigkeit: Es umfasst eine Reihe von Modulen, die verschiedene Aspekte der wissenschaftlichen Arbeit abbilden. Sie verbindet nahtlos die Modularität der Open-Source-Software Django mit den Konzepten des Linked-Data-/Semantic-Web-Bereichs. Das Ergebnis ist, dass die Daten von LARASuite automatisch Wissensgraphen aufbauen, eine Funktion, die in anderen ELNs nicht üblich ist.
2. Einheitliches Framework: LARAsuite zielt darauf ab, alle Arbeitsschritte im Labor in einem standardisierten Rahmen zu kapseln, der offene Kommunikationsprotokolle und Datenformate wie SiLA2, JSON-LD (SciDat) und AnIML verwendet.
3. Integration mit Roboterplattformen: Die Fähigkeit zur Integration mit Roboterplattformen für die Katalysatorentwicklung mit hohem Durchsatz ist ein Beweis für die fortschrittlichen Fähigkeiten des Systems bei der Verwaltung von Steuerung und Daten in komplexen, modernen automatisierten Laborumgebungen.
4. Bildung und Öffentlichkeitsarbeit: Dr. Doerr stellt sein Fachwissen über seinen YouTube-Kanal zur Verfügung und informiert die Nutzer über die effektive Nutzung von LARAsuite.

 

Über den Digital Chemist Award

Der NFDI4Cat – Digital Chemist Award ist nicht nur eine Auszeichnung, sondern eine Mission, um Wissenschaftler in den Bereichen Chemie, Katalyse und Materialwissenschaften zu unterstützen. Er unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses und der Umsetzung der FAIR-Prinzipien – Findability, Accessibility, Interoperability und Reusability – in der Forschung. Diese Initiative von NFDI4Cat und Chemistry Europe belohnt Wissenschaftler, die bei der Umsetzung dieser Prinzipien Pionierarbeit geleistet haben, mit einem Geldpreis, der von der hte GmbH und der BASF SE verliehen wird, und fördert ihre bahnbrechenden Arbeiten.

Die Bekanntgabe der Leistung von Dr. Doerr war ein Höhepunkt der ADCR 2023, die im DECHEMA-Haus in Frankfurt am Main stattfand. Hier feierte die wissenschaftliche Gemeinschaft die Überschneidung von digitaler Innovation und Katalyseforschung.

Bei der Preisverleihung würdigten Dr. Katrin Friese von der BASF SE und Prof. Stephan Schunk von der hte GmbH gemeinsam mit den Vertretern von Chemistry Europe – Dr. Charlotte Gers-Panther und Dr. Sandra Gonzales Gallardo – sowie dem Sprecher von NFDI4Cat, Andreas Förster, die bahnbrechende Arbeit von Dr. Doerr.

 

Nächste Schritte

Chemistry Europe hat Dr. Doerr eingeladen, einen „Perspective“-Artikel für ChemCatChem zu schreiben, in dem er sein innovatives Tool vorstellt. Außerdem wird Dr. Dörr an einem virtuellen Symposium für Chemistry Europe teilnehmen, um das Bewusstsein für die Bedeutung der FAIR-Prinzipien, des Forschungsdatenmanagements (RDM) und der gemeinsamen Nutzung von Daten in diesem Bereich weiter zu schärfen. Der Termin wird demnächst bekannt gegeben….

 

Die Leistung von Dr. Mark Doerr bei der Entwicklung der LARAsuite ist ein bedeutender Meilenstein im Bereich der digitalen Chemie. Sie soll die Gemeinschaft dazu inspirieren, diesen Rahmen für die nächste Generation der Wissenschaft mitzugestalten und zu erweitern. Seine Arbeit veranschaulicht die Essenz des Digital Chemist Award, indem sie die Anwendung der FAIR-Prinzipien auf praktische, innovative und zugängliche Weise vorantreibt. Sein Beitrag ist nicht nur ein Werkzeug für die Wissenschaftler von heute, sondern eine Grundlage für die Zukunft der digitalen Katalyse und der katalysebezogenen Wissenschaften.

In der Welt der wissenschaftlichen Forschung sind Daten das Lebenselixier, das Innovationen und Entdeckungen vorantreibt. Die verschiedenen Disziplinen stehen jedoch oft vor einzigartigen Herausforderungen, wenn es um die Verwaltung und Nutzung dieser wertvollen Ressource geht. Am 29. September unternahm der Eröffnungs Workshop, der vom Kolloquium Physikalische Wissenschaften in der NFDI ausgerichtet und von NFDI4Chem, NFDI4Cat, DAPHNE4NFDI und FAIRmat unterstützt wurde, einen wichtigen Schritt zur Bewältigung dieser Herausforderungen. Die Veranstaltung zielte darauf ab, das interdisziplinäre Verständnis zu fördern, indem gemeinsame Perspektiven und Ziele beleuchtet wurden.

Höhepunkte des Webinars:

• Erkundung der FAIR-Datenprinzipien: Das Webinar war eine fesselnde Reise in die Welt der FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable)-Datenprinzipien. Unsere fachkundigen Referenten erläuterten die Instrumente, mit denen diese Grundsätze zum Nutzen von Forschern in verschiedenen NFDI-Konsortien angewendet werden können.
• Die Vorteile der FAIR-Datenprinzipien: Unsere Referenten betonten die entscheidende Bedeutung der Einhaltung der FAIR-Datengrundsätze. Diese Prinzipien verbessern das Datenmanagement, fördern die Zusammenarbeit und beschleunigen wissenschaftliche Durchbrüche und bieten wertvolle Einblicke in die Zukunft der Forschung.

• Herausforderungen und Lösungen: Die Teilnehmer beteiligten sich aktiv an anregenden Diskussionen über die Herausforderungen, die bei der Umsetzung der FAIR-Datengrundsätze auftreten. Gemeinsam erkundeten wir innovative Lösungen, die das Potenzial haben, die Landschaft des Forschungsdatenmanagements neu zu gestalten.

Unglaubliche Beteiligung: Über 50 Teilnehmer aus der ganzen Welt bereicherten unsere Diskussionen mit ihren wertvollen Beiträgen während der Fragerunden. Die Veranstaltung war eine Zusammenkunft kluger Köpfe!

Webinar-Ressourcen: Die Präsentationsfolien unter Unlocking the Potential of Data – FAIR Data Principles in NFDI (zenodo.org) zugänglich, so dass interessierte Zuhörer den Inhalt vertiefen können.

 

Eine Aufzeichnung der Präsentationen ist auf unserem Youtube-Kanal hochgeladen:

Bericht zur Kooperation mit der Hokkaido University von Frau Prof. Jennifer Strunk

Auf unserer Webseite möchten wir Ihnen gerne die wertvollen Erfahrungen von Frau Prof. Jennifer Strunk vorstellen, die sie während ihrer Zusammenarbeit mit Prof. Keisuke Takahashi in Japan gesammelt hat. Ihre Kooperation mit der renommierten Hokkaido Universität hat einen bedeutenden Beitrag dazu geleistet, die Ziele von NFDI4Cat auch im internationalen Kontext weiterzuentwickeln.

Im Dezember 2022 reisten Prof. Jennifer Strunk und Dr. Abdo Hezam Mohsen für eine Woche nach Sapporo, um die Aktivitäten in NFDI4Cat zu vernetzen mit Prof. Keisuke Takahashi, der zu den international führenden Experten auf dem Gebiet der „Data Science in Catalysis“ zählt.

Es war das Ziel des Aufenthalts, am Beispiel der „Halide Perovskites“ in photokatalytischen Anwendungen, die in NFDI4Cat entwickelten und weiter zu entwickelnden Ontologien und Datenbanken zu vergleichen mit den laufenden Datenbanken der Takahashi-Gruppe. Letztere sind aber nicht thematisch weit gefasst, wie es das Ziel in NFDI4Cat ist, sondern sie beziehen sich sehr eng auf das Forschungsthema der heterogen-katalysierten Methanaktivierung. Der Ansatz in NFDI4Cat kann folglich als „top down“ beschrieben werden, während hier eher ein „bottom up“-Ansatz verfolgt wurde.

In Japan wurde folgende Arbeitsteilung verfolgt: Jennifer Strunk arbeitete in Zusammenarbeit mit Dr. Lauren Takahashi als einschlägiger Expertin an der Ontologieentwicklung, während Abdo Mohsen mit Keisuke Takahashi an den Datenbanken arbeitete, bzw. an der Extraktion der Daten aus der Datenbank und der Einbindung in das maschinelle Lernen. Das von deutscher Seite nach Japan mitgebrachte Thema innerhalb der Photokatalyse war für die japanischen Partner neu.

Es konnte ein tiefgreifendes Verständnis der Sichtweise der anderen Seite erreicht werden und die Ontologie wurde visualisiert. Abdo Mohsen lernte den Aufbau der Datenbank, die automatisierte Extraktion der Daten, und er wendete sie an auf eine von ihm mitgebrachte Excel-Tabelle zu literaturbekannten Daten zur photokatalytischen Aktivität der halide perovskites. Das maschinelle Lernen selbst schlug fehl, was aber zu der entscheidenden Erkenntnis führte, dass die heutzutage in wissenschaftlichen Publikationen berichteten Daten nicht ausreichend sind. Es fehlt vor allem an negativen Ergebnissen, und die Detailtiefe in der Berichterstattung der experimentellen Parameter ist unzureichend. Beides sind wichtige Erkenntnisse, um es in NFDI4Cat besser zu machen. Eine Publikation der Ergebnisse in einem kurzen Artikel (bspw. als perspective article) wird angestrebt.

 

„Das maschinelle Lernen selbst schlug fehl, was aber zu der entscheidenden Erkenntnis führte, dass die heutzutage in wissenschaftlichen Publikationen berichteten Daten nicht ausreichend sind. Es fehlt vor allem an negativen Ergebnissen, und die Detailtiefe in der Berichterstattung der experimentellen Parameter ist unzureichend. Beides sind wichtige Erkenntnisse, um es in NFDI4Cat besser zu machen.“

– Frau Prof. Jennifer Strunk

 

Möglichkeiten zum gezielten internationalen Austausch sind ein Gewinn für NFDI4Cat, und der aktuell vorangetriebene Aufbau der Aktivitäten in diesem Bereich wird sehr positiv bewertet. Der Aufenthalt in Japan wäre ohne die Unterstützung durch NFDI4Cat nicht möglich gewesen. Zwar war die Vermutung, dass maschinelles Auswerten von Literaturdatenbank an den Daten selbst scheitern könnte, bereits vorher vorhanden, aber wir konnte sie in dieser Zusammenarbeit nun verifizieren. Damit wurde der Grundstein gelegt, es in NFDI4Cat besser zu machen. Dazu half auch die Verständigung der Wissenschaftler auf den Gebieten der thermischen Katalyse (Japan) und der Photokatalyse (Deutschland), denn die japanischen Datenbanken beziehe keine photongetriebenen Prozesse mit ein. Die so erreichte Verbreiterung der Wissensbasis auf beiden Seiten bringt auch das Feld der „Data Science“ als solche voran.

„Automating the Optimization of Catalytic Reaction Mechanism Parameters Using Basin-Hopping: A Proof of Concept“

Geschrieben unter anderem von Rinu Chacko, Doktorand am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Prof. Dr. Olaf Deutschmann, Lehrstuhl Chemische Technologie – Institut für Chemische Technologie und Polymerchemie (ITCP) am KIT.

Es geht um den globalen Optimierungsalgorithmus Basin-Hopping welcher eingesetzt wird um die fehleranfällige und zeitaufwändige Aufgabe der manuellen Anpassung der kinetischen Parameter für ein heterologes katalytisches System zu automatisieren.

Mit zwei Fallbeispielen aus der heterogenen Katalyse wird die Anwendbarkeit des Algorithmus zur effizienten Feinabstimmung detaillierter kinetischer Modelle veranschaulicht.

 

Die vollständige Publikation finden Sie hier.

Next Level of Catalysis Research

Die Initiative Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) und ihre Konsortien wie NFDI4Cat haben das Ziel, ein interdisziplinäres Netzwerk zu schaffen, das den nachhaltigen Umgang mit Forschungsdaten nach den FAIR-Prinzipien (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) ermöglicht.

Dr. Andreas Förster ist geschäftsführender Vorstand der DECHEMA e.V., Frankfurt, Deutschland, und Sprecher und Koordinator von NFDI4Cat. Dr. Sara Espinoza ist die Projektkoordinatorin von NFDI4Cat bei der DECHEMA. Mit Dr. Vera Koester für ChemistryViews sprechen sie über die Ziele und Arbeitsmethoden von NFDI4Cat, die Vorteile, die es Forschern in Wissenschaft und Industrie bietet, und die transformative Wirkung von FAIR Data Sharing auf die Katalyseforschung.

Das vollständige Interview finden Sie hier.

Physikalische Wissenschaften in NFDI ist eine Zusammenarbeit zwischen den NFDI-Konsortien DAPHNE4NFDI, FAIRmat, MaRDI, NFDIMatWerk, NFDI4Cat, NFDI4Chem und PUNCH4NFDI. Wir vereinen Experten zu einem breiten Spektrum von Themen in Physik, Chemie, Mathematik und Informatik. In unserer Vortragsreihe laden wir führende Wissenschaftler ein, um einem internationalen, interdisziplinären Publikum gute Datenpraktiken vorzustellen.

Wir waren sehr stolz darauf, Dr. Egon Willighagen für unseren April-Vortrag begrüßen zu dürfen.

Egon ist Assistenzprofessor in der Abteilung für Bioinformatik – BiGCaT an der Universität Maastricht. In seinem Vortrag auf dem NFDI-Kolloquium der Naturwissenschaften am 13. April skizzierte Egon die Zukunft der integrativen und kollaborativen Forschung, bei der Wissen und Daten frei zwischen den beteiligten Parteien fließen – Open Science.

Wie können wir die Nachhaltigkeit von digitalen Daten und Software sicherstellen? Diese Frage brachte Egon auf den Weg zu Open Science und zu dieser Präsentation. Nachhaltigkeit ermöglicht es uns, auf dem Wissen der Vergangenheit aufzubauen. Wenn Sie mehr erfahren möchten, finden Sie unten das Video dieser beeindruckenden Präsentation und die von ihm verwendeten Folien.

Zusammenfassung:

In den letzten zehn Jahren wurde verstärkt darauf geachtet, dass die Naturwissenschaften robuste und wiederverwendbare Daten produzieren, auf die die breitere Forschungsgemeinschaft zugreifen kann.

Open Science umreißt eine Zukunft der integrativen und kollaborativen Forschung, in der Wissen und Daten frei zwischen den Beteiligten fließen.

Die FAIR-Wissenschaft konzentriert sich darauf, Daten und Wissen leicht auffindbar zu machen, mit offenen Standards zugänglich zu machen, mit Gemeinschaftssprachen und expliziter Semantik interoperabel zu machen und gemäß bewährter professioneller Praktiken wiederverwendbar zu machen.

Dieser Vortrag ist eine Reise durch die Welt der offenen Wissenschaft in der Chemie, von offenen Standards wie (nano)InChI, Chemical Markup Language und Bioschemas über die Open-Source-Chemie der Blue Obelisk-Bewegung und offene Daten über NanoCommons und eNanoMapper bis hin zu offenem Wissen über Wikidata und WikiPathways.s.

Eine Aufzeichnung des Vortrags ist auf unserem Youtube-Channel hochgeladen:

 

Die  Vortragsfolien sind unter dem diesem Link zu finden.