Online Publikation - im ZESS - Universität Siegen

Experimentelle Grundlagen
KAPITEL 2
Dieses Kapitel soll einen Einblick in die Experimente (Abb. 1.3A) geben, die zusammen
mit dem biochemischen Wissen (Abb. 1.3B) eine der Grundlagen bilden, auf die die
Modellbildung aufbaut.
Die Systembiologie profitierte in den letzten Jahren immer mehr von neuen und
präziseren Messtechniken die das Verhalten der Zellen in-vivo (=lat. im Leben, an der
lebenden Zelle) messen können. Diese Messdaten sind eine wertvolle Grundlage um
das intrazelluläre Verhalten zu untersuchen und damit limitierende und steuernde
Prozesse zu entdecken. Zu den modernen Forschungsmethoden gehören heutzutage
Experimente, die automatisiert durchgeführt werden und dadurch auch große Men-
gen an hochinformativen Daten produzieren. Im Gegensatz zu früher ist man daher
heute viel mehr auf hoch entwickelte Softwarewerkzeuge angewiesen die bei der Da-
tenanalyse und Interpretation helfen.
2.1. In Vitro und In Vivo Experimente
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
In Kapitel 1.2 wurde die experimentelle Modellbildung mit folgendem Zitat motiviert:
” Um die Biologie auf Systemebene zu verstehen, müssen wir die Struktur und Dynamik
... untersuchen, anstatt die Charakteristika isolierter Bestandteile einer Zelle oder
eines Organismus.“ [Kitano, 2002]. In Frage gestellt wird das alleinige Untersuchen
der ” Charakteristika isolierter Bestandteile einer Zelle“ . Generell haben diese in-vitro
Studien einen großen Beitrag geleistet das Verhalten der Zelle zu verstehen.
Bei diesem Ansatz wird ein bestimmtes Enzym aus der Zelle isoliert und im Rea-
genzglas mit verschiedenen Stoffen der Zelle in Verbindung gebracht, wodurch die
Wechselwirkungen der gereinigten Bestandteile genau charakterisiert werden können.
Die Resultate solcher Studien kann man in einem chemischen Reaktionsnetzwerk zu-
sammenfassen, wie in Abb. 2.1 gezeigt. Jede Verbindungslinie steht für eine enzymka-
talysierte Reaktion, jeder Punkt steht für einen Metaboliten, für jede Reaktion wird ein
anderes Enzym benötigt, von denen in Abb. 2.1 etwa 500 abgebildet sind. Dieses Netz-
werk kann aber nur einen kleinen Einblick in die Komplexität des Stoffwechsels geben,