Microorganisms under stringent conditions - analysis and modeling of pattern formation in growth of yeast colonies

Das Wachstum von Mikroorganismen in natürlichen oder technischen heterogenen Systemen，d.h.在系统中，有一个不规则的运输过程，这是通过增加运输过程的限制来实现的。Bei der Besiedelung von Oberflächen reagieren Mikroorganismen durch die Ausbildung eines verzweigten Wachstumsmusters auf solche Limitationen. Wachstumsmuster haben fraktalen Charakter und erlauben eine effektive Ausfüllung von Flächen bei einem minimalen Biomasseinstruments. Sie sind somit Grundvoraussetzung für das Überleben dieser Organismen unter stringenten Bedingungen. Die Beschreibung solcher Prozesse ist für das Verständnis des Wachstumsverhaltens von Mikroorganismen in ihrer natürlichen Umgebung sowie für die Optimierung technischer Prozesse in heterogenen Systemen notwendig. Hauptschwierigkeit ist hierbei die Gewinnung experimenteller Daten für die Verifizierung der entwickelten Modelle，da die Messungen hochortsaufgelöst erfolgen müssen. Als Modellorganismus für die Untersuchung musterbildender Prozesse soll Saccharomyces cerevisiae verwendet韦尔登.这是一个不寻常的地方，而米策尔则是S。酿酒酵母没有运输过程，但在模型的随机性中存在着共同点，这是一个不为人知的系统。Die Wachstumsversuche sollen auf Agamährböden durchgeführt und Wachstumsmuster bei verzedenen Nährstofflimitationen aufgenommen韦尔登.用荧光蛋白质标记的Zielgene基因可使表达水平降低，并使代谢活性降低到韦尔登水平。Mit Hilfe der optischen Nahmikroskopie sollen Nährstoffkonzentrationen fluorizenz-spektroskopisch mit einer örtlichen Auflösung von wenigen Mikrometem bestimmt韦尔登. Anhand der gemessenen Werte韦尔登Modelle für die musterbildenden Prozesse abgeleitet und überprüft.这是一个较好的定性描述模型，它不是通过简单的参数确定的，而是通过假设性特征确定的。

Das Wachstum von Mikroorganismen in natürlichen oder technischen heterogenen Systemen, d.h. in Systemen mit einer Ungleichverteilung von Nährstoffen, ist durch das Auftreten von Nährstofflimitationen infolge langsam ablaufender Transportprozesse gekennzeichnet. Bei der Besiedelung von Oberflächen reagieren Mikroorganismen durch die Ausbildung eines verzweigten Wachstumsmusters auf solche Limitationen. Die Wachstumsmuster haben fraktalen Charakter und erlauben eine effektive Ausfüllung von Flächen bei einem minimalen Biomasseeinsatz. Sie sind somit Grundvoraussetzung für das Überleben dieser Organismen unter stringenten Bedingungen. Die Beschreibung solcher Prozesse ist für das Verständnis des Wachstumsverhaltens von Mikroorganismen in ihrer natürlichen Umgebung sowie für die Optimierung technischer Prozesse in heterogenen Systemen notwendig. Hauptschwierigkeit ist hierbei die Gewinnung experimenteller Daten für die Verifizierung der entwickelten Modelle, da die Messungen hochortsaufgelöst erfolgen müssen. Als Modellorganismus für die Untersuchung musterbildender Prozesse soll Saccharomyces cerevisiae verwendet werden. Da Hefen unbeweglich sind und im Myzel von S. cerevisiae keine Transportprozesse stattfinden, können entscheidende Vereinfachungen in den Randbedingungen der Modelle getroffen werdbn, die für eine korrekte Beschreibung des Systems notwendig sind. Die Wachstumsversuche sollen auf Agamährböden durchgeführt und Wachstumsmuster bei verschiedenen Nährstofflimitationen aufgenommen werden. Durch Markieren bestimmter Zielgene mit fluoreszierenden Proteinen kann deren Expression verfolgt und eine Abschätzung der metabolischen Aktivität auf Einzelzellebene durchgeführt werden. Mit Hilfe der optischen Nahfeldmikroskopie sollen Nährstoffkonzentrationen fluoreszenz-spektroskopisch mit einer örtlichen Auflösung von wenigen Mikrometem bestimmt werden. Anhand der gemessenen Werte werden Modelle für die musterbildenden Prozesse abgeleitet und überprüft. Dies ist die entscheidende qualitative Verbesserung gegenüber bisher entwickelten Modellen, deren Annahmen nicht durch gemessene Parameter abgesichert sind und aus diesem Grunde nur hypothetischen Charakter tragen.