Mathematische Modellierungsansätze zur Beschreibung biochemischer Reaktionsnetzwerke in der Systembiologie

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Diese Arbeit stellt zwei komplementäre Modellierungsansätze in der Systembiologie anhand von zwei Beispielsystemen vor: der Sauerstoffantwort von Escherichia coli und der Apoptosesignalisierung in Säugerzellen. Der erste Ansatz fokussiert sich auf die Modellbildung zur Beantwortung spezifischer biologischer Fragestellungen. Modelle dieses Typs ermöglichen eine wesentliche Vereinfachung des Netzwerks, da sie sich auf eng umgrenzte Fragestellungen konzentrieren. Dies reduziert die Anzahl der Parameter und Zustandsgrößen, was die Handhabung der Modelle erleichtert. Unterschiedliche Hypothesen werden als verschiedene Modellvarianten dargestellt, deren Bewertung durch den Vergleich von Simulationen mit experimentellen Messdaten erfolgt. Dieser Vergleich trägt zur Klärung der biologischen Fragestellung bei. Der zweite Ansatz hingegen zielt darauf ab, das relevante zelluläre Netzwerk umfassend abzubilden und die beobachtete Antwort als Ergebnis des Zusammenspiels der Netzwerkelemente zu beschreiben. Dies führt zu größeren und komplexeren Modellen, die jedoch in der Lage sind, umfangreiche und heterogene Datensätze zu integrieren. Diese Modelle bieten eine formalisierte Repräsentation des aktuellen Systemverständnisses und sind sowohl intern als auch mit vorhandenen Daten konsistent.