AG Mathematische Systembiochemie
Die Arbeitsgruppe befindet sich am Institut für Biochemie an der Charité - Universitätsmedizin Berlin. Das Hauptziel unserer Forschung ist die Entwicklung von mathematischen Modellen komplexer molekularer Reaktionssysteme, mit den Schwerpunkten (A) Stoffwechselregulation (Leber, ZNS, Herzmuskel), (B) Proteolyse und Antigen-Präsentation und (C) Selbstorganisation von Membranen und zellulären Organellen.
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Forschungsschwerpunkte
Stoffwechselregulation
Wir entwickeln und benutzen große, molekular aufgelöste, kinetische Netzwerkmodelle für den Metabolismus von Leber, Gehirn und Herz, in denen jedes Enzym mittels einer kinetischen Ratengleichung modelliert wird. Durch die Berücksichtigung der regulatorischen Eigenschaften aller Enzyme integrieren diese Netzwerkmodelle das gesammelte Wissen aus Jahrzehnten biochemischer Forschung und ermöglichen quantitative Vorhersagen des Systemverhaltens. Mit diesen Modellen lassen sich die mit Hochdurchsatzmethoden gewonnenen multi-omics Datensätze (Proteomics, Metabolomics) funktional interpretieren (Genotyp-Phänotyp-Beziehung).
Selbstorganisation von Membranen und zellulären Organellen
Biologische Membranen bestehen aus einer Vielzahl von miteinander wechselwirkenden Lipiden und Proteinen, die zur Ausbildung von Membrandomänen mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Funktionalität führen. Wir entwickeln und benutzen agentenbasierte Modelle, um die Entstehung dieser Membrandomänen zu beschreiben. Eine konkrete Anwendung dieser Modelle besteht gegenwärtig in der Simulation der Gallebildung in der Leber.
Eine Fettleber (Steatosis hepatis) ist die häufigste chronische Lebererkrankung in Deutschland. Lipid Droplets sind die intrazellulären Organellen, die wesentlich die Speicherung und Verfügbarkeit von Fetten in der Leber regulieren. Wir entwickeln und benutzen kinetische Modelle des Lipid Droplet Metabolismus, um die Pathomechanismen der Fettlebererkrankung besser zu verstehen.
Die Struktur von Zellen basiert wesentlich auf der ständigen Bildung und dem Abbau intrazellulärer Organellen. Vesikel spielen eine wichtige Rolle bei der intrazellulären Kommunikation und dem intrazellulären Stofftransport. Um die zelluläre Selbstorganisation besser zu verstehen, entwickeln und benutzen wir agentenbasierte Modelle der intrazellulären Vesikeldynamik.