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Protein Synthesis Control by Means of Formal Models

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Mathematische Modelle zeigen Wechselwirkungen zwischen Proteinsynthesen

Eine EU-finanzierte Initiative hat zelluläre Mechanismen untersucht, die an der Regulation der Proteinsynthese beteiligt sind.

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Ein Überschuss oder Mangel an einem bestimmten Protein kann zu Gesundheitsproblemen wie einem Insulinmangel führen, der zu Diabetes führt. Jedoch sind biologische Prozesse, die an der Proteinproduktion beteiligt sind, sehr komplex und schwierig zu regulieren. Das Projekt FORMALBIO (Protein synthesis control by means of formal models) führte eine detaillierte Untersuchung der Mechanismen durch, die der Proteinsynthese zugrunde liegen, um ihre Produktion zu optimieren. Auf zellulärer Ebene umfassen viele biologische Systeme eine große Anzahl von interagierenden Elementen. Daher verwenden Wissenschaftler mathematische Modelle, um die Mechanismen zu verstehen, die biologischen Systemen zugrunde liegen. Dies kann jedoch aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit geeigneter Daten schwierig sein. Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelte FORMALBIO neue mathematische Werkzeuge, die als flexible Netze bekannt sind, um schlecht charakterisierte biologische Systeme zu beschreiben, zu analysieren und zu kontrollieren. Flexible Netze bieten eine grafische Darstellung des zu untersuchenden Systems und enthalten Daten aus mehreren Quellen zur Beschreibung eines einzelnen Systems. Die Forscher entwarfen verschiedene Techniken zur Analyse und Kontrolle biologischer Systeme, die in Form von flexiblen Netzen beschrieben werden. Der Fokus lag auf dem Netzwerk von Interaktionen, die an der Proteinsynthese in Saccharomyces cerevisiae, einer Hefenart, beteiligt sind. Diese Methoden wurden gegen ein gut untersuchtes System getestet, an dem der Glukoseverbrauch in Hefe und ein wenig verstandenes System beteiligt sind, das die Anhäufung von Kupfer in Individuen, die an Morbus Wilson leiden, umfasst. Das Ziel bestand darin, die rekombinante Proteinsynthese im Organismus zu optimieren, indem der Mechanismus modelliert und das resultierende Modell analysiert wurden. Mit einem verbesserten Wissen werden Wissenschaftler das Systemverhalten kontrollieren und die rekombinante Proteinsynthese maximieren können. Die Arbeit von FORMALBIO wird zu einem besseren Verständnis der in der Zelle ablaufenden biologischen Prozesse beitragen und so die Entwicklung von Kontrolltechniken ermöglichen, die nicht nur die Proteinsynthese optimieren, sondern auch den Zellstoffwechsel neu programmieren können. Dieses Wissen wird es den Wissenschaftlern schließlich ermöglichen, die Synthese von rekombinanten Proteinen zu optimieren, um eine erneuerbare und nachhaltige Brennstoffproduktion zu fördern, oder um diese in Impfstoffen und diagnostischen Werkzeugen sowie für therapeutische Prozesse einzusetzen.

Schlüsselbegriffe

Proteinsynthese, FORMALBIO, biologische Systeme, flexible Netze, rekombinantes Protein

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22 Oktober 2021