Stoffwechselwege

Metabolismus und Optimalitätsprinzipien

Schuster, Stefan, Univ.-Prof. Dr.
Professur für Bioinformatik
Telefon
+49 3641 9-49580
Fax
+49 3641 9-46452
Raum 3403
Ernst-Abbe-Platz 1-2
07743 Jena
Prof. Dr. Stefan Schuster
Ewald, Jan
Professur für Bioinformatik
Telefon
+49 3641 9-49583
Fax
+49 3641 9-46452
Raum 3429
Ernst-Abbe-Platz 1-2
07743 Jena
Jan Ewald 2018

Schleicher, Jana
Dr., Gastwissenschaftlerin

Dynamische Optimierung als Werkzeug zur Untersuchung von einzelligen Lebewesen (Jan Ewald)

Projektbeschreibung Inhalt einblenden

Aufgrund der Evolution sind die Charakteristika wie Stoffwechsel und Zellverhalten eines Organismus hochgradig optimiert. In diesen Projekt nutzen wir die dynamische Optimierung, welche ursprünglich im Ingenieurwesen angewendet wurde, um zeitabhängige Optimalitätsprinzipien von biologischen Systemen zu verstehen. Im Speziellen wollen wir die Prinzipien sowohl bei der Regulation des Zellstoffwechsels, als auch bei der Interaktion von Krankheitserregern und dem Immunsystem entschlüsseln. Da dieses Projekt eingebunden ist in den Transregio “FungiNet”, sichert die enge Kooperation mit Experimentatoren die Validierung der neugewonnenen Hypothesen.

Ausgewählte Literatur Inhalt einblenden
  • Ewald, M. Bartl, C. Kaleta
    Deciphering the regulation of metabolism with dynamic optimization: an overview of recent advances
    Biochemical Society Transactions 45 (4), 2017, 1-9
  • Ewald, M. Bartl, T. Dandekar, C. Kaleta
    Optimality principles reveal a complex interplay of intermediate toxicity and kinetic efficiency in the regulation of prokaryotic metabolism
    PLOS Computational Biology 13, 2017, e100537
  • Jan Ewald, Martin Kötzing, Martin Bartl, Christoph Kaleta
    Footprints of Optimal Protein Assembly Strategies in the Operonic Structure of Prokaryotes
    Metabolites 2015, 5(2), 252-269; doi:10.3390/metabo5020252
Finanzierung Inhalt einblenden

DFG Collaborative Research Center / Transregio 124 "FungiNet"

Modellierung der Pathogenese der perizentralen Steatose – Einfluß von Sauerstoff auf Fettanreicherung und die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (Jana Schleicher)

Projektbeschreibung Inhalt einblenden

Der Mangel an Spenderorganen für Lebertransplantationen verlangt eine Erweiterung der Kriterien für Spenderorgane, so daß auch nicht optimale Organe, wie etwa verfettete Lebern, für Transplantationen genutzt werden können. Allerdings zeigen Spenderorgane mit hoher bis sehr hoher Fetteinlagerung (= Steatose) eine erhöhte Anfälligkeit für zelluläre Schädigungen durch die während der Operation auftretende Ischämie. In diesem Projekt wollen wir den Stoffwechselprozessen in der verfetteten Leber nachgehen und uns dabei besonders auf die Gegebenheiten während der Lebertransplantation fokussieren. Besonders interessiert sind wir am Einfluß der Sauerstoffversorgung und dessen Wirkung auf die Produktion von Sauerstoffradikalen (reactive oxygen species, ROS), denn während der Operation kommt es durch die Unterbrechung der Blutversorgung zu einer erhöhten Produktion von ROS und Einschränkungen in der antioxidativen Abwehr. Dies führt zu einem erhöhten Level an oxidativen Streß in steatotischen Lebern. Dieser oxidative Streß scheint ein entscheidender Grund für die erhöhte Anfälligkeit steatotischer Lebern für den Ischämie/Reperfusionschaden zu sein. Das Projekt sucht gezielt nach spezifischen Mechanismen, die zur erhöhten Produktion von ROS während der Ischämiephase führen. Dazu folgen wir einem iterativen Zyklus aus Modellierung und experimenteller Validierung und etablieren mathematische Modelle, welche den Fettstoffwechsel der Leber mit der Sauerstoffversorgung und der Produktion von Sauerstoffradikalen verbindet.

Ausgewählte Literatur Inhalt einblenden
  • Christ, U. Dahmen, K.-H. Herrmann, M. König, J. R. Reichenbach, T. Ricken, J. Schleicher, L. O. Schwen, S. Vlaic and N. Waschinsky* (2017). "Computational modeling in liver surgery." Frontiers in Physiology. 8: 906. (*all authors contributed equally)
  • Schleicher, U. Dahmen, R. Guthke and S. Schuster (2017). "Zonation of hepatic fat accumulation: insights from mathematical modelling of nutrient gradients and fatty acid uptake." Journal of the Royal Society Interface 14(133).
  • Schleicher, J., C. Tokarski, E. Marbach, M. Matz-Soja, S. Zellmer, R. Gebhardt and S. Schuster (2015). "Zonation of hepatic fatty acid metabolism - The diversity of its regulation and the benefit of modeling." Biochimica et Biophysica Acta 1851(5): 641-656.
Finanzierung Inhalt einblenden

DFG Förderung: SCHL2130/1-1

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