Modellierung metabolischer Netzwerke

Modulbeschreibung

Eine zentrale Aufgabe von Bioinformatikern ist die Simulation von Stoff- oder Signalflüssen durch komplexe biologische Netzwerke. Häufig liegt jedoch nicht genug Information vor, um ein Netzwerk auf atomarer Ebene exakt mathematisch zu beschreiben. Als praktikabler Ausweg hat sich die "constraint-based" (Beschränkungs-basierte) Modellierung erwiesen. Hierbei wird das System anhand der in ihm möglichen biochemischen Reaktionen beschrieben; kinetische Details (Reaktionsraten etc.) werden dabei zunächst vernachlässigt.

Insbesondere lässt sich durch Einführen einer linearen Zielfunktion ein lineares Optimierungsproblem formulieren, das mit entsprechenden Standardmethoden gelöst werden kann (Flux-Balance-Analyse, FBA). Verschiedene Zielfunktionen finden Verwendung, beispielsweise die maximale Wachstumsrate oder die maximale Energieproduktion.

Im Kurs werden komplexe metabolische Netzwerke untersucht. Es werden einzelne Stoffechselmodule (wie zum Beispiel Glykolyse, Pentosephosphatzyklus, Citratzyklus, ...) im Zusammenhang betrachtet und deren Verhalten unter verschiedenen Bedingungen untersucht.

Absolventen des Kurs sollen zum Schluss die wichtigsten Methoden der (constraint-based) bioinformatischen Modellierung metabolischer Netzwerke im Gleichgewichtszustand verstehen und selbständig anwenden können.

Vorlesung

Die Vorlesung findet im Sommersemester Dienstags von 12:30 bis 14:00 Uhr in Raum 25.02.O2.21 statt. Die Vorlesung beginnt am 3.4.2012.

Übungen

Die Übungen findet im Sommersemester Montags von 16:30 bis 18:00 Uhr in Raum 25.02.O2.21 statt. Die Übungen beginnen am 3.4.2012.

Teilnahmevorraussetzungen/Anmeldung

Informatiker

Erfolgreiche Teilnahme an Informatik 1 bis 4. Studenten im Master-Studiengang werden bevorzugt (mit erfolgreicher Teilnahme an Informatik 1 bis 4).

Anmeldungen zum Kurs erfolgen über das elektronische Vorlesungsverzeichnis.

Klausur

Die Klausur wird am 16.7.2012 von 10:30 bis 12:00 Uhr in Raum 25.02.O1.25 stattfinden.

Nachklausur

Die Nachklausur wird am 1.10.2012 von 10:30 bis 12:00 Uhr in Raum 25.02.O1.25 stattfinden.

Software

• R
• sybilGLPK (sybilGLPK Homepage)
• scatterplot3d
• metnet
• ExPA

Literatur

• Bernhard Ø. Palsson:
  Systems Biology: Properties of Reconstructed Networks. Cambridge University Press 2006. ISBN-13: 978-0-521-85903-5
• Uwe Ligges:
  Programmieren mit R. Springer Verlag 2007. ISBN-13: 978-3-540-36332-3
• Günther Gramlich:
  Lineare Algebra. Eine Einführung für Ingenieure. Fachbuchverlag Leipzig 2003. ISBN: 3-446-22122-0

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