29.04.2024

Algorithmus zum Aufspüren und Lösen energiegenerierender Zyklen

Am Beispiel des Stoffwechsels von S. sanguinis entwickelte Tobias Fehrenbach in seiner Masterarbeit eine neue Methode zur automatischen Verbesserung genommaßstäblicher Stoffwechselmodelle

Streptococcus sanguinis ist ein fakultativ anaerobes Mitglied der Viridians Streptococcus-Gruppe. Üblicherweise kommt der Kommensale im menschlichen Nasenrachenraum vor, wo er als Antagonist für Pathogene gesehen wird. Er kann jedoch auch den Darm kolonalisieren und gilt als einer der häufigsten Erreger für infektiöse Endokarditis, wenn er in die Blutbahn gelangt. Deshalb kann ein tieferes Verständnis über den Stoffwechsel von S. sanguinis helfen, neue Bekämpfungsmethoden zu entwickeln. Ein nützliches Werkzeug dafür sind genommaßstäbliche Stoffwechselmodelle. Basierend auf der annotierten Genomsequenz eines Organismus und den darauf aufbauenden Reaktionen und Metaboliten bieten sie eine Möglichkeit, den gesamten Stoffwechsel im Rechner zu simulieren. So können solche Modelle die experimentelle biomedizinische Forschung unterstützen. Die Erstellung derartiger Modelle ist jedoch ein aufwändiger Prozess, welcher sich bisher nicht vollständig automatisch gestalten lässt. So enthalten automatisch erstellte Stoffwechselmodelle häufig energiegenerierende Zyklen, welche grundlegender Thermodynamik widersprechen. In dieser Arbeit entwickelte Tobias Fehrenbach ein Werkzeug, das derartige Zyklen aufspürt und entfernt. Durch Anwendung dieser Methode konnte er ein stammspezifisches Modell des oportunistisch pathogenen Bakteriums Streptococcus sanguinis SK1 erstellen, welches aktuellen Maßstäben der Systembiologie genügt.