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16 2.3 STIMULUS-RESPONSE-EXPERIMENTE UND SCHNELLE PROBENAHME a) Glucose Puls b) M Konzentration Gluc Limitierung BM Zeit Schnelle Probenahme Puls Probenahme c) Zentrifugation, Reinigung, Zellaufschluss LC-MS Messungen Abbildung 2.3: a) Mit einer Apparatur zur schnellen Probenahme werden während des Experiments Zellproben mit einer Frequenz von etwa 5/s aus dem Bioreaktor entnommen. Nach der Entnahme werden die Zellpro- ben sofort tief gefroren, um die Aktivität des Stoffwechsels zu stoppen [Schaefer et al., 1999]. b) Zur Quantifizierung der Metabolite müssen die Zellproben zunächst aufbereitet werden bevor die c) Stoffkonzentrationen mit einem LC-MS Gerät gemessen werden können. schwierig, da keine aufwendigen Sicherheitsstandards einzuhalten sind und man ein- fache Nährmedien zur Kultivierung verwenden kann. Es teilt sich alle 45 Minuten, unter Laborbedingungen bei 37 o C sogar alle 22 Minuten. Somit vermehrt sich eine einzelne Zelle in 20 Stunden zu einer Milliarde (10 9 ) Zellen. 2.3. Stimulus-Response-Experimente und schnelle Probenahme • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • In vivo-Messungen von Zellmetaboliten [Gancedo and Gancedo, 1973] wurden erst- malig 1973 mit dem Ziel durchgeführt, die durch in vitro-Messungen gewonnenen Erkenntnisse über den Stoffwechsel der Zelle zu validieren. Seit Anfang der 90’er Jahre werden dazu metabolische Modelle auf der Basis von Stimulus-Response- Experimenten (SRE) erstellt und validiert. Den experimentellen Aufbau, bestehend aus dem Bioreaktor und der Apparatur für die schnelle Probenahme, zeigt Abb. 2.4. In Abb. 2.5 ist das LC-MS Massenspektroskop abgebildet, mit dessen Hilfe die Zellme- tabolite quantisiert wurden. Experiment und Modell müssen aufeinander abgestimmt sein, um überhaupt Erkenntnisse über den Mikroorganismus erlangen zu können. Der Aufbau solcher Modelle und die Modellannahmen werden im nächsten Kapitel vorge- stellt. Das Zeitfenster für das Experiment ist so kurz zu wählen, dass die genetischen Konzentration Puls Zeit
EXPERIMENTELLE GRUNDLAGEN 17 Abbildung 2.4: Der Aufbau des Bioreaktors (oben) am Forschungszentrum Jülich für das Stimulus-Response-Experiment mit der Apparatur zur schnellen Probe- nahme (unten). Abbildung 2.5: LC-MS Massenspektroskop der Firma Biosystems, mit dem die Quantifi- zierung der Metabolite vorgenommen wurde.
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METABOLIC MODELING MARKUP LANGUAGE
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SOURCE-CODE GENERIERUNG 73 (Relatio
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SOURCE-CODE GENERIERUNG 77 8.3.4 Ü
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Optimierungsalgorithmus für die Mo
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OPTIMIERUNGSALGORITHMUS FÜR DIE MO
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HIGH-PERFORMANCE COMPUTING 165 Port
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Teil V Schluss
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