Multi-Skalen-Modellierung der Signaltransduktion bei E. coli Chemotaxis

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Phänomene der gezielten Signaltransduktion und -verarbeitung sind zentrale Charakteristika von Lebewesen aller Art. Zellen treffen Entscheidungen auf der Basis von ausgefeilten sensorischen Mechanismen, welche multiple Stimuli aus der Umgebung erkennen und verarbeiten.Ein hochrangiges Ziel des interdisziplinären Systembiologieansatzes ist es, molekulare Eigenschaften mit dynamischen biochemischen Mechanismen und funktionellen Systemeigenschaften zu verknüpfen, um Signalverarbeitungsmaschinerien zu verstehen. Dazu sind mathematische Modellierung und Simulation unumgänglich und stellen insbesondere aufgrund des Multi-Skalen Charakters biologischer Systeme eine große Herausforderung dar. Eine quantitative Modellierung in direkter Anlehnung an experimentelle Untersuchungen ist nötig, wenn das Modell für realistische Analysen und Vorhersagen eingesetzt werden soll. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiges Modellkonzept im Wechselspiel mit dem Experiment wertvolle biologisch relevante Informationen liefern kann.Ziel des beantragten interdisziplinären Forschungsvorhabens ist die detaillierte Multi-Skalen- Modellierung und Simulation des experimentell gut zugänglichen Chemotaxismechanismus des Bakteriums Escherichia coli (E. coli) als Modellorganismus. Auf der Basis von quantitativen in vivo Daten aus dem Labor Sourjik (ZMBH) soll dieser Signaltransduktionsweg von der Rezeptoraktivierung bis hin zur chemotaktischen Reaktion einzelner Zellen und Zellpopulationen in enger Zusammenarbeit der AGs Lebiedz (IWR) und Sourjik (ZMBH) integriert modelliert und die Verarbeitung und Prozessierung der Signale auf allen Skalen im direkten Wechselspiel von experimentellen und theoretischer Untersuchungen detailliert analysiert werden.