Module 20-GBSB-FM-I System Biology

Die Studierenden können das bisher erlernte Wissen aus den einzelnen Bereichen integrieren und an Hand eines aktuellen Beispiels mittels spezifischer Techniken und spezieller Fragestellungen der Genom-, Transkriptom-, Proteom- und Metabolomforschung zu einem ganzheitlichen Bild der Zelle verknüpfen. Sie beherrschen den Umgang mit wissenschaftlicher Originalliteratur und besitzen vertiefte Fähigkeiten in der Präsentation und Diskussion von Ergebnissen und/oder Modellen. Im Rahmen einer begleitenden Ringveranstaltung haben sie einen Einblick in die aktuelle Forschung mit Bezug auf die Systembiologie in Bielefeld erhalten und damit verschiedene Forschungsansätze und das Forschungsumfeld (Drittmittel, Gruppenstruktur etc.) kennen gelernt.

Dieses Modul vermittelt die Arbeitsweise der Systembiologie an ausgewählten Beispielen. Dazu gehören die weltweiten Ansätze bei Escherichia coli, insbesondere zu Glykolyse und TCA-Zyklus, aber auch zu Chemotaxis und dem Verhalten von E. coli nach extremen Stimuli. Bei Bacillus subtilis eignet sich besonders die Sporulation für eine systembiologische Behandlung. I.d.R. werden direkt oder indirekt Genomdaten der Organismen als Basis der Analysen genutzt. Ein Schwerpunkt liegt auf den in Bielefeld bevorzugt bearbeiteten Bakterien, dem Aminosäure produzierenden Corynebacterium glutamicum, dem symbiontisch Stickstoff fixierenden Sinorhizobium meliloti und dem phytopathogenen Bakterium Xanthomonas campestris pv. campestris. Für all diese Bakterien soll die Systembiologie der globalen Regulationsvorgänge der Transkription behandelt werden. Daneben werden einzellige Eukaryoten betrachtet, insbesondere der Zellzyklus bei Saccharomyces cerevisiae, und schließlich die vielzelligen Modellorganismen Arabidopsis thaliana, Caenorhabditis elegans und Drosophila melanogaster. Bei letzteren kommen beispielsweise Virusinfektionszyklen, Apoptose, der zentrale Metabolismus in Erythrozyten oder die eukaryotische Signaltransduktion für eine systembiologische Betrachtung in Frage.
Die Ebenen des Genoms, Transkriptoms, Proteoms und Metaboloms - in der Forschung üblicherweise eigenständige Themenbereiche - sind durch komplexe Regulationsprozesse miteinander verbunden. Nur aus der Verbindung dieser Ebenen erklärt sich das Verhalten der Zelle, und die zentrale Aufgabe der Systembiologie besteht in der Verknüpfung der verschiedenen Ebenen zu einer dynamischen und quantitativen Beschreibung der lebenden Zelle. Die dazu notwendige Erfassung und Auswertung umfassender Datensätze ist nur mit Hilfe der Bioinformatik möglich, und die daraus folgende Modellbildung bildet einen Kernpunkt der Systembiologie.
Im begleitenden Seminar sollen die Studierenden das theoretische Wissen an Hand eines Anwendungsbeispiels praktisch umsetzen und dieses den übrigen Teilnehmenden präsentieren.

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