Ein Coarse-grained-Modellierungsansatz für Anwendungen im Metabolic Engineering

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Kremling
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522699409

Zur Verbesserung biotechnologischer Prozesse, kommen vermehrt mathematische Modelle zum Einsatz, um das Innenleben der Zellen besser verstehen zu können und damit auch besser in die zellulären Netzwerke eingreifen zu können. Obwohl verschiedene Modellierungsansätze zur Verfügung stehen und eine Vielzahl von Modellen veröffentlicht worden sind, ist der Bedarf an einer quantitativen und dynamischen Beschreibung zellulärer Prozesse noch immer hoch. Außerdem stehen nun auch quantitative Daten für verschiedene zelluläre Ebenen wie dem Proteom, Transkriptom oder dem Metabolom zur Verfügung, die in diese Modelle integriert werden können. Das vorrangige Ziel des Antrages ist es, modular aufgebaute Coarse-grained-Modelle zu entwickeln. Diese zeichnen sich durch eine grobkörnige und flexible modulare Struktur aus, um damit Anwendungen auf verschiedene zelluläre Systeme und Prozessdesigns zu ermöglichen. Modularität bedeutet hier, dass ausgehend von einer einfachen Struktur eines grobkörnigen Modells Funktionsbausteine ​​definiert werden, die je nach Problemstellung die einzelnen Module weiter spezifizieren und detaillieren. Um diese Modelle aufzubauen, wird ein kombinierter Ansatz aus einer Modellierung basierend auf ersten Prinzipien und einem datengetriebenen Ansatz mit klassischen Elementen des Maschinellen Lernens verwendet. Anwendungen finden sich dann im Metabolic Engineering, wie die Bildung von interessanten Nebenprodukten oder die heterologe Proteinproduktion. Daneben kommt auch die Betrachtung von definierten Mischkulturen in Betracht, bei denen zwei Stammvarianten wechselseitig miteinander verknüpft sind, um biotechnologische Produkte effizienter herzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen