320154 VO Evolution und Systembiologie (2007S)

Systemsbiologie ist eine neue Disziplin, die die Funktionsweise der biologischen Regulation mit systemtheoretischen Methoden analysiert. Verfahren aus der Computerwissenschaften, Kybernetik und Ingenieurwissenschaften werden eingesetzt, um die dynamische Komplexit¿t der Lebewesen zu beschreiben und zu verstehen. Im Rahmen der Vortragsserie werden wir die molekularen Mechanismen der biologischen Regulation studieren, und deren Entstehung mit Hilfe der Evolutionstheorie analysieren. *) Systembiologie: Eine sanfte Einleitung
Definition von Systemen. Vergleich von nat¿rlichen und k¿nstlichen Systemen. Die Anwendbarkeit der Systemtheorie und der Denkweise des Ingenieurs in der Biologie. Grundprinzipien der Regulierung: positive und negative Feedback. Wie man den Mechanismus eines komplexen Systems aufkl¿rt: experimentelle und theoretische Vorgangsweise.

*) Grundlagen der Evolutionstheorie

Fundamentale Konzepte der Evolution. Mathematische Methoden. Evolution von makromolekularen Sequenzen, Molekulare Phylogenie. Der Baum des Lebens: Wunschbild oder Wirklichkeit?
*) Regulation der Genexpression
Grundprinzipien der genetischen Regulation. Funktionsweise der nuklearen Rezeptoren und deren Bedeutung in der Pharmakologie. Epigenetik: hatte Lamarck doch Recht? Microarrays: ein High-Throughput-Verfahren f¿r die experimentelle Analyse des Transkriptoms.
*) Komplexe Kinetik
Qualitative Beschreibung dynamischer Prozesse: Gleichgewichtszust¿nde, steady state, periodische Prozesse, deterministischer Chaos, und ihre Bedeutung in der Biologie. Quantitative Beschreibung mit Differentialgleichungen. Kinetische Simulationen durch die numerische L¿sung von Differentialgleichungssystemen. Anwendungsbeispiele: glykolytische Oszillationen, "predator-prey models".
*) Kontrolle des Metabolismus
Metabolische Netzwerke. Enzymregulation. Der Begriff "metabolic flow". Signalverarbeitung in biochemischen Reaktionen. Selbstoptimierung des mikrobiellen Metabolismus.

*) Evolution von Netzwerken

Chemoton-Theorie. Ligand-Rezeptor Koevolution. Die Dynamik der Evolution und deren systemtheoretische Beschreibung.
*) Homeostase und Robustness
Der Zweck der biologischen Regulierung: Selbsterhaltung in einer sich st¿ndig ¿ndernden Umgebung. Adaptation durch Robustness.