Dokument: Modellierung metabolischer Entscheidungsprozesse mit Hilfe des Modellorganismus Drosophila melanogaster als experimentelles Testsystem

Titel:	Modellierung metabolischer Entscheidungsprozesse mit Hilfe des Modellorganismus Drosophila melanogaster als experimentelles Testsystem
Weiterer Titel:	Modelling of decision making processes with the help of the model organism Drosophila melanogaster as experimental test system
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=50178
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190711-091418-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Jehrke, Lisa [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 11,54 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.07.2019 / geändert 10.07.2019
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. Beller, Mathias [Gutachter] Prof. Dr. Kollmann, Markus [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Physiologie aller Organismen wird durch ihre Reaktionen auf Umgebungsparameter, wie der Nahrungsverfügbarkeit, und innere Parameter, wie der Lebenssituation, bestimmt. Dies wiederum beeinflusst die Ressourcenallokation. Die dem Organismus zur Verfügung stehenden Ressourcen müssen hierbei auf in Konflikt stehende Prozesse aufgeteilt werden, wobei nicht alle Prozesse gleichzeitig optimiert werden können. Zum Beispiel führt bei multizellulären Organismen eine kalorienreduzierte Ernährung zwar zu einer Verlängerung des Lebens, aber auch zu einer verringerten Reproduktionsrate und nur geringen Energiespeicherreserven. Über die übergeordneten regulatorischen Prozesse, die für die Ressourcenallokation verantwortlich sind, ist noch wenig bekannt. Ziel dieser Arbeit war es mehr über die metabolischen Zusammenhänge zu erfahren. Hierfür wurden zwei Teilprojekte bearbeitet. Im ersten Teilprojekt sollten zunächst im Zusammenhang stehende metabolische Parameter und genomische Varianten untersucht werden, da viele Korrelationen noch unbekannt sind. Diese Informationen können Aufschluss über konkurrie- rende Parameter und somit mögliche Verteilungen von Ressourcen im Organismus geben. Zu diesem Zweck wurde auf eine Kollektion vollständig sequenzierter, wildtypischer Fliegenlinien zurückgegriffen. Da externe Parameter, wie das Nahrungsangebot, die Ressourcenverteilung beeinflussen können und zur Ausprägung eines veränderten Phänotyps führen, wurden die Zusammenhänge auch in Hinblick auf veränderte Nahrungsbedingungen untersucht. Durch die Phänotyp-Genotyp-Assoziationsstudien konnten Kandidatengene identifiziert und zum Teil durch Validierungsexperimente auch bereits bestätigt werden. Der Fokus im zweiten Teil dieser Arbeit lag auf der Modellierung des Metabolismus und Wachstums während der larvalen Entwicklung von Drosophila. Aufgrund der hohen Komplexität multizellulärer Organismen, beispielsweise durch eine Vielzahl an Organen, ist ein bottom-up Ansatz zur Untersuchung der Ressourcenallokation nicht möglich. Daher wurde eine top-down Abstraktion in Form eines metabolischen in silico Modells gewählt. Die Larven bieten sich für diese Untersuchungen an, da sie die vorhandenen Ressourcen zwischen konkurrierenden Prozessen, wie beispielsweise dem Anlegen von Energiespeichern und dem Wachstum, balancieren müssen, um die Entwicklung zu gewährleisten. Sie sind daher durch eine massive Gewichts- und Größenzunahme, sowie dem Aufbau von energiereichen Speichermetaboliten, die für die Metamorphose benötigt werden, geprägt. Nach Rekonstruktion des Netzwerkes FlySilico wurden die Modellparameter, wie beispielsweise Aufnahmeraten von Nahrungsbestandteilen in den larvalen Organismus, an metabolische Parameter und Wachstumsparameter der Larven angeglichen. Erste Vorhersagen in Bezug auf die Wachstumsrate der Larven konnten experimentell validiert werden, wodurch ein hohes prädiktives Potential des Modells bestätigt wurde. In dieser Arbeit war es möglich metabolische Zusammenhänge aufzudecken und erste Studien in Hinblick auf die Ressourcenallokation mithilfe des metabolischen Modells durchzuführen. Weiterhin deuten die Resultate dieser Arbeit daraufhin, dass die Ressourcenallokation in multizellulären Organismen unter optimalen Bedingungen abläuft. The physiology of all organisms is determined by their reaction to environmental parameters, such as nutrient availability, and internal parameters, such as their life situation. This affects resource allocation. That is, all resources available to the organism are allocated to different processes which compete with one another. Due to this competition not all processes can be optimized simultaneously. For instance, in multicellular organisms, a calorie restriction results in an overall extended lifespan, but at the same time to reduced reproduction as well as to low energy storage amounts. The overall regulatory processes which are responsible for the resource allocation are poorly understood. The aim of this thesis was to learn more about the connectivity of metabolic parameters. For this purpose, the work focused on two sub-projects. The first part covered the investigation of correlated metabolic parameters and genome variations, given that many correlations are still unknown. This information can uncover correlated parameters and thus a potential allocation of resources in organisms. Therefore, a collection of fully sequenced, wildtypic fly lines was used. Assuming that external parameters such as nutrient availability can affect the resource allocation and lead to altered phenotypic characteristics, the correlations were investigated with regard to altered nutritional conditions. By using phenotype-genotype association studies it was possible to identify candidate genes under the given conditions in which single candidates were confirmed by validation experiments. The second part focused on the modelling of the metabolism and growth during the larval development of Drosophila. Due to the high complexity of multicellular organisms caused by, for instance, a multitude of organs, a bottom-up approach to investigate the resource allocation is not possible. Hence, a top-down abstraction in form of a metabolic in silico model was used. In order to ensure development, the larvae have to balance the available resources between competing processes such as the deposition of energy depots and the growth. Thus, they show an enormous increase in weight and size coupled with the deposition of energy stores necessary to complete metamorphosis. After the reconstruction of the model FlySilico parameters like the uptake rate of nutritional components of the larvae were adapted to metabolic and growth parameters of the larvae. First predictions relating to the growth rate of the larvae were experimentally validated, showing a high predictive potential of the model. In this thesis it was possible to uncover metabolic correlations and to perform first studies of the resource allocation with the help of a metabolic model. Furthermore, the results of this study suggest that the resource allocation is optimal in multicellular organisms.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	11.07.2019
Dateien geändert am:	11.07.2019
Promotionsantrag am:	17.01.2019
Datum der Promotion:	25.06.2019