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 Frequenzegelung,

wie sie in den Ingenieurwissenschaften de¿niert ist: ein dynamisches System wird innerhalb eines geschlossenen Wirkungskreises zielgerichtet beein¿usst (1). Die Regelungstechnik fand bereits früh Eingang in die theoretische Biologie. Regelkreise sind gut zur Beschreibung von biologischen Systemen geeignet; sie prötieren 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.