Systembiologie

Die Systembiologiegruppe des ISYS beschäftigt sich mit der Anwendung und Entwicklung systemtheoretischer Methoden in der Biologie. Unser Schwerpunkt liegt auf mechanismusbasierter Modellierung, Modellreduktion und Modellanalyse von metabolischen und signalübertragenden Netzwerken. Zu diesem Zweck führen wir experimentelle und theoretische Arbeiten durch. Das ISYS ist Teil des Stuttgart Research Center Systems Biology (SRCSB) der Universität Stuttgart.

Systembiologie erfordert eine enge Verzahnung von Theorie und Experiment. Daher arbeiten wir mit mehreren experimentellen und theoretischen Gruppen zusammen. Details dazu entnehmen Sie bitte den Projektbeschreibungen. 

 

Forschungsprojekte
EnzCaps: Entwicklung von eingekapselten Multienzymkomplexen
  • Zellfreie Synthese komplexer Produkte in organischen
    Lösungsmitteln mittels synthetischer Mikrokapseln.
  • Modellierung und Optimierung gekoppelter Enzymreaktionen in Abhängigkeit verschiedener Lösungsmittel.
  • Metabolische Kontrollanalyse und Populationsdynamik.
RecogNice: Modellierung von Regulationsmechanismen in großskaligen Bioreaktoren
  • Vermeiden von Produktionseinbrüchen beim Scale-up.
  • Simulation im Rohrreaktor mit Metabolitmessung und Next Generation Sequencing.
  • Einfluss von zyklischer Sauerstofflimitation auf die Wachstumsrate.
  • Kombination von metabolischen und regulatorischen Modellen.
Virtuelle Leber: Modellierung der LPS-induzierten Entzündungsreaktion
  • Modellierung der bakteriellen (LPS-induzierten) Entzündungsreaktion in der Leber sowie der Interaktion mit dem Zelltod
  • Modellanalyse und -diskriminierung zum vertieften Verstädnis der grundlegenden biochemischen Prozesse
  • Identifikation von Biomarkern, die das Entzündungsgeschehen kontrollieren
ZeBiCa2: Zellfreie Biomineralisation
  • Modellierung und Analyse des Stoffwechsels der Kalkalge Emiliana huxleyi.
  • Flussbilanzanalyse für Organismen mit circadianen Rhythmen.
  • In vitro Synthese von hochstrukturierten Kalkpartikeln für Spezialanwendungen in Medizintechnik, Optik und Kunststofftechnologie.
Z-Fuels: Optimierung der Actealdehydproduktion
  • Stoichiometrische und kinetische Modellierung des Stoffwechsel von Zymomonas mobilis.
  • Modellbasierte Prädiktion von genetischen Eingriffen und optimalen Kulturbedingungen zur optimierten Produktion von Acetaldehyd.
  • Modellprädiktiven Regelung des Bioreaktors mit integriertem Mikroblasen-System.
 
Abgeschlossene Projekte
 

 

Studentische Arbeiten
Wir suchen ständig motivierte Studierende, die sich im Rahmen einer Studien-, Diplom-, Bachelor- oder Masterarbeit an einem unserer Projekte beteiligen wollen. Interessierte Studierende wenden sich direkt an die Mitglieder der Systembiologiegruppe, um sich persönlich über mögliche Themen zu informieren.

 

Veröffentlichungen der Sytembiologiegruppe
Beiträge in Zeitschriften
  • J. Rex, U. Albrecht, C. Ehlting, M. Thomas, U. M. Zanger, O. Sawodny, D. Häussinger, M. Ederer, R. Feuer & J. G. Bode, “Model-Based Characterization of Inflammatory Gene Expression Patterns of Activated Macrophages”, PLoS Computational Biology, 2016, doi:10.1371/journal.pcbi.1005018
  • J. von Wulffen, O. Sawodny & R. Feuer, “Transition of an Anaerobic Escherichia coli Culture to Aerobiosis: Balancing mRNA and Protein Levels in a Demand-Directed Dynamic Flux Balance Analysis”, PLoS One, 11, pp. e0158711, 2016, doi:10.1371/journal.pone.0158711
  • R. Feuer, S. Vlaic, J. Arlt, O. Sawodny, U. Dahmen, U. M. Zanger & M. Thomas, “LEMming: A Linear Error Model to Normalize Parallel Quantitative Real-Time PCR (qPCR) Data as an Alternative to Reference Gene Based Methods”, PLoS One, 10, 2015, doi:10.1371/journal.pone.0135852
  • D. Knies, P. Wittmuess, S. Appel, O. Sawodny, M. Ederer & R. Feuer, “Modeling and Simulation of Optimal Resource Management during the Diurnal Cycle in Emiliania huxleyi by Genome-Scale Reconstruction and an Extended Flux Balance Analysis Approach”, Metabolites, 5, pp. 659-676, 2015, doi:10.3390/metabo5040659
  • M. Ederer, S. Steinsiek, S. Stagge, M. D. Rolfe, A. T. Beek, D. Knies, M. J. T. de Mattos, T. Sauter, J. Green, R. K. Poole, K. Bettenbrock & O. Sawodny, “A mathematical model of metabolism and regulation provides a systems-level view of how Escherichia coli responds to oxygen”, Frontiers in Microbiology, 5, pp. 124, 2014, doi:10.3389/fmicb.2014.00124
  • S. Henkel, B. A. Ter, S. Steinsiek, S. Stagge, K. Bettenbrock, de Mattos J. Teixera, T. Sauter, O. Sawodny & M. Ederer, “Basic Regulatory Principles of Escherichia coli's Electron Transport Chain for Varying Oxygen Conditions”, PLoS One, 9, 2014, doi:10.1371/journal.pone.0107640
  • A. Lutz, J. Sanwald, M. Thomas, R. Feuer, O. Sawodny, M. Ederer, C. Borner, M. Humar & I. Merfort, “Interleukin-1beta Enhances FasL-Induced Caspase-3/-7 Activity without Increasing Apoptosis in Primary Mouse Hepatocytes”, PLoS One, 9, pp. 1-27, 2014, doi:10.1371/journal.pone.0115603
  • J. Bona-Lovasz, A. Bona, M. Ederer, O. Sawodny & R. Ghosh, “A rapid method for the extraction and analysis of carotenoids and other hydrophobic substances suitable for systems biology studies with photosynthetic bacteria”, Metabolites, pp. 912-930, 2013, doi:10.3390/metabo3040912
  • J. Klotz, R. Feuer, O. Sawodny, M. Bossert, M. Ederer & S. Schober, “Properties of Boolean Networks and Methods for Their Tests”, EURASIP Journal on Bioinformatics and Systems Biology, 2013, doi:10.1186/1687-4153-2013-1
  • R. Feuer, K. Gottlieb, G. Viertel, J. Klotz, S. Schober, M. Bossert, O. Sawodny, G. A. Sprenger & M. Ederer, “Model-based analysis of an adaptive evolution experiment with Escherichia coli in a pyruvate limited continuous culture with glycerol”, EURASIP Journal of Bioinformatics and Systems Biology, 14, 2012, doi:10.1186/1687-4153-2012-14
  • J. Witt, F. Konrath, O. Sawodny, M. Ederer, D. Kulms & T. Sauter, “Analyising the role of UVB-induced Translational Inhibition and PP2Ac Deactivation in NF-kB Singanlling Using Minimal Mathematical Model”, PLoS Computational Biology, 2012, doi:10.1371/journal.pone.0040274
  • M. Ederer, E. Gilles & O. Sawodny, “The Glansdorff-Prigogine stability criteria for biochemical reaction networks”, Automatica, 47, pp. 1097-1104, 2011, doi:10.1016/j.automatica.2011.01.072
  • R. Schlatter, N. Philippi, G. Wangorsch, R. Pick, O. Sawodny, C. Borner, J. Timmer, M. Ederer & T. Dandekar, “Integration of Boolean models exemplified on hepatocyte signal transduction”, Briefings in Bioinformatics, 13, pp. 365-376, 2011, doi:10.1093/bib/bbr065
  • R. Schlatter, K. Schmich, A. Lutz, J. Trefzger, O. Sawodny, M. Ederer & I. Merfort, “Modeling the TNFa-Induced Apoptosis Pathway in Hepatocytes”, PLoS One, 6, 2011, doi:10.1371/journal.pone.0018646
  • H. Sebastian, T. Nägele, I. Hörmiller, T. Sauter, O. Sawodny, M. Ederer & A. G. Heyer, “A systems biology approach to analyse leaf carbohydrate metabolism in Arabidopsis thaliana”, EURASIP Journal on Bioinformatics and Systems Biology, 2011, doi:10.1186/1687-4153-2011-2
  • J. Witt, S. Barisic, O. Sawodny, M. Ederer, D. Kulms & T. Sauter, “Modeling Time Delay in the NFkappaB Signaling Pathway following Low Dose IL-1 Stimulation”, EURASIP Journal on Bioinformatics and Systems Biology, 2011, doi:10.1186/1687-4153-2011-3
  • R. Schlatter, H. Conzelmann, E. Gilles, O. Sawodny & T. Sauter, “Analysis of an apoptotic core model focused on experimental design using artifical data”, IET Systems Biology, 3, pp. 255-265, 2009, doi:10.1049/iet-syb.2008.0138
  • R. Schlatter, K. Schmich, I. A. Vizcarra, P. Scheurich, T. Sauter, C. Borner, M. Ederer, I. Merfort & O. Sawodny, “ON/OFF and Beyond - A Boolean Model of Apoptosis”, PLoS Computational Biology, 5, pp. e1000595, 2009, doi:10.1371/journal.pcbi.1000595
  • J. Witt, S. Barisic, E. Schumann, F. Allgöwer, O. Sawodny, T. Sauter & D. Kulms, “Mechanism of PP2A-mediated IKK dephosphorylation: a systems biological approach”, BMC Systems Biology, 2009, doi:10.1186/1752-0509-3-71
  • R. Feuer, M. Ederer, E. Gilles, G. Sprenger, O. Sawodny & T. Sauter, “Analyse der evolutiven Adaptation am Beispiel einer pyruvat-auxotrophen Escherichia coli-Mutante”, at - Automatisierungstechnik, pp. 257-268, 2008
Konferenzbeiträge
  • J. Sanwald, U. Albrecht, J. Wagenpfeil, M. Thomas, O. Sawodny, J. G. Bode & R. Feuer, “Modeling the LPS-induced Effects on Transcription Factor Activation and Gene Expression in Murine Macrophages”, International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Milano, Italy, 2015, pp. 3989-3992, doi:10.1109/EMBC.2015.7319268
  • J. G. Klotz, S. Schober, M. Ederer, G. Sprenger, M. Bossert & O. Sawodny, “Prediction of Regulatory Impact under Defined Environmental Conditions Based on a Combination of Metabolic and Transcriptional Networks”, International Workshop on Computational Systems Biology (WCSB), 2012
  • R. Feuer, K. Gottlieb, J. G. Klotz, S. Schober, M. Bossert, O. Sawodny, G. A. Sprenger & M. Ederer, “Model-based analysis of adaptive evolution”, International Workshop on Computational Systems Biology (WCSB), Zurich, Switzerland, 2011
  • J. G. Klotz, R. Feuer, K. Gottlieb, O. Sawodny, G. A. Sprenger, M. Bossert, M. Ederer & S. Schober, “Properties of a Boolean network model of Escherichia coli”, International Workshop on Computational Systems Biology (WCSB), Zurich, Switzerland, 2011
  • M. Ederer, R. Schlatter, J. Witt, R. Feuer, J. Bona-Lovasz, S. Henkel & O. Sawodny, “An Introduction to Kinetic, Constraint-Based and Boolean Modeling in Systems Biology”, IEEE Conference on Control Applications (CCA), Yokohama, Japan, 2010, pp. 129-134, doi:10.1109/CCA.2010.5611136
  • S. Henkel, T. Nägele, I. Hörmiller, T. Sauter, O. Sawodny, M. Ederer & A. G. Heyer, “A systems biology approach to analyze diurnal dynamics of carbohydrate metabolism in a plant leaf”, International Workshop on Computational Systems Biology (WCSB), 2010, pp. 47-50
  • F. Ronny, J. Bona-Lovasz, O. Sawodny, R. Ghosh & M. Ederer, “The impact of the intracellular membrane formation on the central metabolism of Rhodospirillum rubrum”, International Workshop on Computational Systems Biology (WCSB), Luxembourg, 2010
  • R. Schlatter, D. Knies, M. Ederer & O. Sawodny, “Analysis of Boolean Models using Quality Assurance Methods from Software Engineering”, IEEE Conference on Control Applications (CCA), Yokohama, Japan, 2010, pp. 518-523, doi:10.1109/CCA.2010.5611070
  • R. Feuer, M. Ederer, N. Trachtmann, T. Sauter, E.-D. Gilles, G. Sprenger & O. Sawodny, “Methods for analysis of evolutive adaptation of E.coli”, SICE Conference, Kagawa, Japan, 2007, pp. 1359-1365, doi:10.1109/SICE.2007.4421194
  • J. Witt, S. Husser, D. Kulmns, S. Barisic, O. Sawodny & T. Sauter, “Modeling of IL-1 induced NF-kB signaling and analysis of additional UVB influence”, SICE Conference, Kagawa, Japan, 2007, pp. 1353-1358, doi:10.1109/SICE.2007.4421193
  • J. Witt, S. Husser, D. Kulms, S. Barisic, O. Sawodny & T. Sauter, “Modeling and Analysis on IL-1 induced NF-kB signaling”, FOSBE Conference, Stuttgart, Germany, 2007
  • T. Eissing, S. Waldherr, C. Gondro, E. Bullinger, O. Sawodny, F. Allgöwer, P. Scheurich & T. Sauter, “Sensitivity Analysis of Programmed Cell Death and Implications for Crosstalk Phenomena during Tumor Necrosis Factor Stimulation”, IEEE Conference on Control Applications (CCA), Munich, Germany, 2006, pp. 1746-1752, doi:10.1109/CACSD-CCA-ISIC.2006.4776905

 

Mitglieder der Systembiologiegruppe
Dipl.-Biol. (t.o.) Julia Rex mailto icon julia.rex
Dipl.-Biol. (t.o.) Julia Lischke mailto icon julia.lischke
M. Sc. David Knies mailto icon david.knies
Dipl.-Biol. (t.o.) Joachim von Wulffen mailto icon joachim.von-wulffen