Untersuchung des Zitronensäurezykluses für verschiedene Modellorganismen

Zitronensäurezyklus:
Der in den Mitochondrien ablaufende zyklische Teilprozess dient vornehmlich der Energiegewinnung. Jedoch liefert er als «Drehscheibe des Intermediär-Stoffwechsels» zudem wichtige Vorstufen für anabole Wege.

Zusammen mit Partnern an der Norwegian University of Science and Technology (NTNU) in Trondheim sollen für verschiedene Modellorganismen der Zitronensäurezyklus modelliert und analysiert werden. Hierbei sollen bewährte und neue Methoden zum Einsatz kommen.

Zellen unterscheiden sich in einigen Punkten von Organismus zu Organismus, zum Beispiel Größe, Anzahl der Mitochondrien und Genexpression. Dies nennt man Variabilität. Daher ist es interessant, den Einfluss dieser Faktoren auf die Funktionsweise des TCA zu untersuchen und so zum Beispiel Schwankungen in experimentellen Daten zu erklären. Neue oder etablierte Untersuchungsmethoden sollen hierzu verwendet werden.

Ein kürzlich entwickeltes Verfahren zur Schätzung von Modellparametern soll im Rahmen dieser Arbeit erweitert werden. Um die Rechenzeit am Beispiel des Zitronensäurezykluses zu reduzieren, soll daher eine Schnittstelle, basierend auf Monte Carlo Prinzipien, entwickelt werden ([1],[2]).

Oft sind in der Biologie mehrere unbekannte Größen in einem Modell vorhanden, die quantitative Vorhersagen verhindern. Um diese Unbekannten zu minimieren, werden üblicherweise Experimente durchgeführt, allerdings ist dies oft nicht direkt für die interessierenden Größen möglich. Daher werden zunehmend Experimente computergestützt entworfen, um eine möglichst optimale Informationsgewinnung zu gewährleisten. In dieser Arbeit sollen daher Parameter identifiziert werden, welche den Zitronensäurezyklus besonders beeinflussen, um zukünftige Experimente optimal durchführen zu können.

Ganz nach Interessenlage (Biologie/Algorithmus/Systemtheorie/…) sind auch weitere Themen denkbar und gewünscht. Sie können jederzeit bei uns vorbeischauen, um die möglichen Themen zu diskutieren.

Philipp Rumschinski

  (philipp.rumschinski(at)ovgu.de

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Steffen Borchers

  (steffen.borchers(at)ovgu.de

)

sofort

[1] S.Borchers, P. Rumschinski, S. Bosio, R. Weismantel and R.Findeisen. A Set-based Framework for Coherent Model Invalidation and Parameter Estimation of Discrete Time Nonlinear Systems.48th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2009) - Shanghai - China, submitted

[2] J. Hasenauer, P. Rumschinski, S. Waldherr, S. Borchers, F. Allgöwer and R. Findeisen. Guaranteed Steady-State Bounds for Uncertain Chemical Processes. International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes (AdChem 2009) - Istanbul - Turkey, to appear