Genombasierte Rekonstruktion und Analyse der metabolischen Netze von Sulfolobus solfataricus und Corynebacterium glutamicum

Die Systembiologie ist ein relativ neues und vielversprechendes Teilgebiet der Biowissenschaften und versucht das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Komponenten innerhalb eines biologischen Systems in seiner Gesamtheit zu verstehen. Hierfür werden Modelle erstellt und anschließend analysiert, um daraus neue Informationen über das biologische System zu erhalten. Im ersten Teil der Arbeit wurde ausgehend von einer Genomannotation des hyperthermophilen Archaeons Sulfolobus solfataricus ein metabolisches Modell rekonstruiert. Das Modell besteht aus insgesamt 718 biochemischen Reaktionen und insgesamt 515 Gene des Genoms. Außerdem enthält das Modell zusätzlich 58 Transport- und Austauschreaktionen. Unter anderem konnte das Wachstum auf 36 Kohlenstoffquellen untersucht werden. Der zweite Teil der Arbeit bestand darin, ein bestehendes und unvollständiges Rohmodell von Corynebacterium glutamicum zu finalisieren. Das Modell enthält insgesamt 633 Reaktionen sowie 27 Transport- und Austauschreaktionen und es konnten 481 Gene integriert werden. Bei der Rekonstruktion wurde besonderes Augenmerk auf die Validierung gelegt. Auch die Flussverteilung des Wildtyps (Glucose und Acetat) und einer L-Lysin-produzierenden Mutante konnte vorhergesagt werden. Parallel zur Modellierung wurde ein Internetbasiertes Programm entwickelt, das den Wissenschaftler während der Modellrekonstruktion und bei der Analyse des Modells unterstützen soll. Der erste Teil des Programms übersetzt Metabolitnamen und Reaktionen in die im Modell verwendete Schreibweise. Darüber hinaus findet das Programm die entsprechenden Enzyme der gesuchten Reaktionen und überprüft das Vorhandensein dieser Funktion auf dem Genom. Der zweite Teil des Programm stellt Funktionen zur Analyse des Modells zur Verfügung. Es ermöglicht dem Nutzer, die Biomasse zu normalisieren, zwei vorhergesagte Flussverteilungen zu vergleichen und signifikante Unterschiede zu identifizieren oder eine Kohlenstoff-Ausgleichsanalyse durchzuführen.