Klausur (mündliche Prüfung bei geringer Teilnehmeranzahl), Übungsschein als Prüfungsvoraussetzung. Übungspunkte können als Bonuspunkte in die Klausurwertung eingehen.

Diese anwendungsorientierte Veranstaltung vermittelt wesentliche Kenntnisse zur dynamischen Modellierung biologischer Systeme. Dadurch erschließen sich zahlreiche Anwendungsgebiete, wie die Optimierung biotechnologischer Prozesse, personalisierte Medizin, präklinische Studien und zum Verständnis aktueller systembiologischer Forschung. Darüber hinaus erlernen die Studenten, mit der auf der Programmiersprache Python basierenden Programmierumgebung Tellurium zu arbeiten, die die deklarative systembiologische Modellierungssprache namens „Antimony” mit sich bringt.

Die Studenten lernen die grundlegende Herangehensweise zur Erstellung biochemischer Reaktionsmodelle sowie Konzepte zur Analyse dynamischer Netzwerkzustände. Datenquellen und Repräsentationsformen für die Modelle werden behandelt. Um plausible Modelle zu erhalten, liegt ein Schwerpunkt auf physikalischen Randbedingungen und impliziten Annahmen, wie die Massenerhaltung, Arten biochemischer Reaktionen, Prinzipien der Enzymkatalyse, Anwendung und Herleitung kinetischer Gleichungen, offene und geschlossene Systeme und der Einfluss reversibler Reaktionen auf das Gesamtsystem sowie Prozesse, die auf verschiedenen Zeitskalen ablaufen. Weiterhin werden Energieerhaltung, der Einfluss von Kofaktoren und Redoxpotentialen, sowie Regulationsmechanismen in biochemischen Systemen betrachtet. Studenten lernen, wie durch die Schätzung von Größenordnungen zellulärer Komponenten die Korrektheit von Simulationsergebnissen eingestuft werden kann. Die Studenten erhalten einen Überblick über für die Simulation relevante numerische Methoden und lernen, Modelle dynamisch zu simulieren. Für die Analyse von Simulationsergebnissen werden geeignete graphische Repräsentationsformen besprochen. Abschließend werden die gelernten Prinzipien auf ausgewählte Stoffwechselpfade angewendet und deren Kopplung im Hinblick auf zelluläre Skala besprochen.

Die Inhalte bauen nicht direkt auf der Vorlesung Systembiologie I auf, sodass diese Veranstaltung unabhängig davon gehört werden kann.

Die Studenten lernen, Methoden der mathematischen Modellierung auf systembiologische Modelle anzuwenden. Dazu gehören
• das Erstellen von Modellen biochemischer Reaktionsnetzwerke,
• die Simulation und Analyse der dynamischen Antworten dieser Modelle,
• sowie grundlegende Programmiertechniken zur Lösung von Problemen der Systembiologie.

1. Bernhard Ø. Palsson 2011. Systems Biology: Simulation of Dynamic Network
States. Cambridge University Press, New York, ISBN 978-1-107-
00159-6.
2. David S. Goodsell. 2009. The Machinery of Life. 2. Ausgabe, Springer-
Verlag, ISBN 978-0387849249.
3. Jan Koolman und Klaus-Heinrich Roehm. Color Atlas of Biochemistry.
2. Ausgabe, Thieme, 2005.