Proteine spielen in der Biologie eine zentrale Rolle. Sie sind zuständig für Signalverarbeitung, für die Struktur der Zellen, den Transport von Stoffen, die Verteidigung gegen Krankheitserreger und katalysieren chemische Reaktionen, die für den Organismus essentiell sind. Die Analyse von Proteinkonzentrationen innerhalb der Zelle hat damit in vielen Forschungsfragen eine hohe Priorität. Die Herstellung von Proteinen ist ein komplexer Prozess, welcher die Transkription und Translation beinhaltet. Unter anderem wird die Herstellung von Proteinen durch Feedback-Mechanismen reguliert. Um die Regulationsmechanismen der Proteinsynthese besser zu verstehen, bedient man sich nicht nur biologischen Modellen, sondern immer mehr auch mathematischen Modellen, die für die Erklärung des biologischen Modells zu Rate gezogen werden.
Häufig sind die biologischen Modelle nicht «einfach», sondern es bestehen unzählige Interaktionen und nicht jeder Mitspieler ist bekannt. Ein mathematisches Modell versucht, die biologischen Daten aus Experimenten zu erklären, so dass man Rückschlüsse ziehen kann, wie die Regulation oder der Prozess funktioniert. Diese Vorgehensweise hat schon bei zentralen metabolischen Netzwerken – wie zum Beispiel der Glykolyse – zu neuen, wertvollen Erkenntnissen geführt.
In diesem Buch soll ein Proteinzyklus mit negativem Feedback analysiert und modelliert werden. Es soll ein Augenmerk sowohl auf das biologische Modell wie auch auf das mathematische Modell gelegt werden, um Studierenden die Wichtigkeit der Schnittstelle Biologie – Mathematik aufzuzeigen. Ausserdem sollen die Modellannahmen kritisch hinterfragt werden und mögliche Modellverfeinerungen diskutiert werden.
Dank und Kontakt
Die Idee zu diesem Projekt stammt aus dem Sommer 2017 und wurde ab dem folgenden Herbst in der Vorlesung Mathematik I in Zusammenarbeit mit dem Center for Active Learning (CAL) konkretisiert. Dank der Vorarbeiten zweier Generationen von insgesamt 24 Studierenden konnten CAL und AC die Ergebnisse diesen Sommer 2020 finalisiert. Rückmeldungen sind willkommen.