Thermodynamic and stoichiometric constraint-based inference of metabolic phenotypes
| Promotie: | Dhr. K.E.S. (Simeon) Leupold |
| Wanneer: | 18 september 2018 |
| Aanvang: | 09:00 |
| Promotors: | M. (Matthias) Heinemann, Prof, prof. dr. A.J.M. (Arnold J M) Driessen |
| Waar: | Academiegebouw RUG |
| Faculteit: | Science and Engineering |
Model maakt stofwisseling cellen inzichtelijk
De stofwisseling (metabolisme) van cellen is belangrijk voor hun functioneren. Het onderzoek naar de dynamiek van de stofwisseling is ingewikkeld. Simeon Leupold heeft dit onderzoek verder gebracht door de ontwikkeling van een nieuw type metabolisch model, gebaseerd op een massa- en Gibbs-energiegebalanceerde stoichiometrische reconstructie van metabolische netwerken.
Met deze modellen en experimentele data heeft Leupold een schatting gemaakt van de Gibbs-energiedissipatie van cellulaire werking onder verschillende condities. Hij vond dat de snelheid van deze Gibbs-energiedissipatie een plateau bereikt en dus blijkbaar een bovengrens heeft. Wanneer hij een verder normale fluxbalansanalyse beperkte met deze gevonden limiet in cellulaire energiedissipatie en maximaliseerde voor biomassaproductie, kon Leupold de omschakeling van een respiratief metabolisme naar een schijnbaar suboptimaal fermentatief metabolisme correct voorspellen, net als de maximale groeisnelheden. Dit lukte bovendien voor een verscheidenheid aan koolstofbronnen.
Leupold vermoedt dat het sturende principe dat de evolutie van het cellulaire metabolisme heeft vormgegeven in verschillende organismen en koolstofbronnen ligt in de groeimaximalisatie die is beperkt door een cellulaire energiedissipatielimiet. Hij speculeert dat de limiet van de Gibbs-energiedissipatie overeenkomt met een kritieke grens van niet-thermale intracellulaire beweging.
Verder is de mogelijkheden van deze voorspellende methode verder gedemonstreerd door het afleiden van fenotypische veranderingen tijdens celveroudering in biergist. Hier vond Leupold dat cellen bij het ouder worden overschakelen van een fermentatief naar respiratief metabolisme, wat samengaat met drastische herschikkingen in het metabolisme.
Het promotieonderzoek van Simeon Leupold vond plaats bij de afdeling Molecular Systems Biology van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB), met financiering via de stichting BE-Basic.