Reverse-Engineering circadianer Oszillationssysteme als Frequenzregelkreise mit Nachlaufsynchronisation

Diplomarbeit aus dem Jahr 2011 im Fachbereich Informatik - Bioinformatik Friedrich-Schiller-Universität Jena Sprache: Deutsch Abstract: Die Komplexität der biochemischen Reaktionsnetzwerke auf denen alles Leben basiert verständlich zu machen ist Kernanliegen der Systembiologie. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Ansatz aus den Ingenieurwissenschaften nämlich die Nachlaufsynchronisation genutzt um das Verhalten circadianer Oszillationssysteme zu simulieren und zu analysieren. Die Nachlaufsynchronisation (Phase-locked loop PLL) ist ein Spezialfall einer Frequenzegelungwie sie in den Ingenieurwissenschaften definiert ist: ein dynamisches System wird innerhalb eines geschlossenen Wirkungskreises zielgerichtet beeinflusst (1). Die Regelungstechnik fand bereits früh Eingang in die theoretische Biologie. Regelkreise sind gut zur Beschreibung von biologischen Systemen geeignet; sie profitieren von einer strengen Modularisierung die eine klare Aufteilung eines komplexen Systems in funktionale Untereinheiten die durch Signalpfade verbunden sind ermöglicht. In dieser Diplomarbeit wird ein regelkreis-basierter Modellierungsansatz vorteilhaft zur Beschreibung und Analyse eines circadianen Oszillators einschließlich seiner Fähigkeit zum Entrainment angewendet. Oszillationen eignen sich besonders für die Modellierung mithilfe von Regelkreisen da zahlreiche Methoden zur Analyse des Verhaltens von Frequenzregelkreisen existieren.