Integrative Analyse der Struktur und Dynamik metabolischer Modelle

Abstract

Die Charakterisierung von Verhaltens- und Funktionsweisen biologischer Systeme stellt aufgrund vielfältiger biochemischer Interaktionen eine große Herausforderung dar. Verschiedene Modellierungsformalismen ermöglichen die Analyse metabolischer Modelle abhängig von der zu lösenden Fragestellung, dem biochemischen Wissen und der Verfügbarkeit experimentell erhobener Daten. In dieser Dissertation wird die Entwicklung einer Methodik zur integrativen Analyse der Struktur und Dynamik metabolischer Modelle beschrieben. Unter Verwendung verschiedener Modellierungs-formalismen können metabolische Modelle aus mehreren Perspektiven analysiert werden. Die integrative Visualisierung und interaktive Exploration der ermittelten strukturellen und dynamischen Eigenschaften führen zu einem umfassenden Verständnis biologischer Systeme. Das System Biology Metabolic Model Framework realisiert die entwickelte Methodik und wird zur integrativen Analyse der Kulturpflanzen Kartoffel und Mais angewendet.

The characterization of biological systems with respect to their behavior and functionality based on biochemical interactions is a major challenge. Different modeling formalisms allow metabolic models to be analyzed depending on the question to be solved, the biochemical knowledge and the availability of experimental data. This PhD thesis describes the development of a methodology for an integrative analysis of the structure and dynamics represented by metabolic models. Using various modeling formalisms metabolic models are analyzed from different perspectives. An integrated visualization and interactive exploration of determined structural and dynamic properties leads to a broader understanding of the underlying biological system. The System Biology Metabolic Model Framework implements the developed methodology and is applied for the integrative analysis of the crop plants potato and corn.