Dokument: The importance of resource allocation for the development and physiology of multicellular organisms

Titel:	The importance of resource allocation for the development and physiology of multicellular organisms
Weiterer Titel:	Die Bedeutung der Ressourcenallokation für die Entwicklung und Physiologie multizellulärer Organismen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=67675
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20241204-090442-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schönborn, Jürgen Wilhelm [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,63 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.11.2024 / geändert 24.11.2024
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. Beller, Mathias [Gutachter] Prof. Dr. Ebenhöh, Oliver [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	The metabolism of an organism contains physico-chemical processes in which substrates are converted into metabolic intermediates, known as metabolites, and turned into essential cellular components or energy. Resource allocation in multicellular organisms determines the distribution of substrates to critical metabolic processes. These metabolic processes stand in constant competition with each other, resulting in the inability to optimize all metabolic processes simultaneously. Understanding resource allocation in multicellular organisms enables us to understand survival strategies and the impacts of metabolic diseases. Yet, even fundamental design principles remain unclear. The aim of this work was to investigate the influencing factors on resource allocation in multicellular organisms. For this purpose, biochemical measurements and metabolic flux analyses using Flux Balance Analysis were performed. Specifically, the growth and development of Drosophila melanogaster larvae were investigated to achieve a better understanding of resource allocation. These studies revealed the effects of different growth conditions on development and resource allocation. The larval development can be accelerated by the addition of different metabolites, such as certain amino acids. These additional metabolites directly affect underlying metabolic processes and their prioritization. This effect of additional resources on development and metabolism were further investigated through larval microbiome interaction studies. It was observed that secreted metabolites influenced the metabolism of individual members of the microbiome. This can potentially affect the metabolism of the multicellular host organism through secreted metabolites of the microbiome. Furthermore, physiological studies of larval organs, such as the gut, have an impact on the resource allocation of developing larvae. These studies revealed that the gut, and more likely other organs, play an important role in determining critical developmental stages, such as the pupation, and regulate metabolic processes in multicellular organisms. In this thesis, it was possible to present findings that advances the understanding of resource allocation and the impact of physiological properties on the metabolism of a multicellular organism. Der Stoffwechsel eines Organismus umfasst physikochemische Prozesse, bei denen Substrate in metabolische Zwischenprodukte, sogenannte Metabolite, konvertiert werden, die wiederum in essenzielle zelluläre Bestandteile oder Energie umgewandelt werden. Die Ressourcenallokation bei vielzelligen Organismen bestimmt die Verteilung von Substraten auf kritische Stoffwechselprozesse. Diese Stoffwechselprozesse stehen in ständiger Konkurrenz untereinander, wodurch nicht alle Prozesse gleichzeitig optimiert werden können. Das Verständnis der Ressourcenallokation bei vielzelligen Organismen ermöglicht es uns, Überlebensstrategien und die Auswirkungen von Stoffwechselerkrankungen zu verstehen. Noch sind aber sogar grundlegende Design Prinzipien unklar. Ziel dieser Arbeit war es, die Einflussfaktoren auf die Ressourcenallokation bei vielzelligen Organismen zu untersuchen. Hierfür wurden biochemische Messungen und metabolische Flussanalysen mittels Flux Balance Analysis durchgeführt. Insbesondere wurde das Wachstum und die Entwicklung von Drosophila melanogaster Larven untersucht, um ein besseres Verständnis für die Ressourcenallokation zu erlangen. Diese Untersuchungen zeigten die Auswirkungen unterschiedlicher Wachstumsbedingungen auf die Entwicklung und Ressourcenallokation. Die larvale Entwicklung kann durch die Zugabe verschiedener Metabolite, wie bestimmter Aminosäuren, beschleunigt werden. Diese zusätzlichen Metabolite beeinflussen zugrunde liegende Stoffwechselprozesse und ihre Priorisierung. Die Auswirkung zusätzlicher Ressourcen auf die Entwicklung und den Stoffwechsel wurden durch Wechselwirkungsstudien des Larvenmikrobioms weiter untersucht. Es zeigte sich, dass ausgeschiedene Metabolite Einfluss auf den Metabolismus einzelner Mitglieder des Mikrobioms hatten. Dies kann durch ausgeschiedene Metabolite der Mikrobioms potenziell auch den Stoffwechsel des vielzelligen Wirtsorganismus beeinflussen. Darüber hinaus haben physiologische Studien gezeigt, dass Larvenorgane, wie der Darm, Auswirkungen auf die Ressourcenallokation von sich entwickelnden Larven haben. Diese Studien zeigten, dass der Darm und wahrscheinlich auch andere Organe eine wichtige Rolle bei der Einleitung kritischer Entwicklungsstadien, wie der Verpuppung, spielen und Stoffwechselprozesse bei vielzelligen Organismen regulieren. In dieser Arbeit war es möglich, Ergebnisse vorzustellen, die das Verständnis der Ressourcenallokation und der Auswirkungen physiologischer Eigenschaften auf den Stoffwechsel eines vielzelligen Organismus vertiefen.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	04.12.2024
Dateien geändert am:	04.12.2024
Promotionsantrag am:	26.12.2023
Datum der Promotion:	14.11.2024