- Large Scale Metabolic Modeling
The aim of this project, and its companion project
A metabolome and metabolic modeling approach to functional genomics,
is to develop and validate experimental methods for the
large-scale analysis of intracellular metabolites, and
to formulate mathematical and statistical methods for using
such analyses to identify the function of genes and for modeling
dynamic metabolic responses and regulation on a
whole-cell level.
A long-reaching goal is to create and implement a
mathematical model that allows to predict/explain the
effects of a changing environment and/or genetic
modifications of the cell. Though present state
knowledge about the cell does not suffice to fully
achieve this goal, we expect to be able to describe at
least parts of the pathways, and that this will help in
the understanding of the cell functions.
From a mathematical point of view, we expect the basis
of the model to be a large system of ordinary
differential equations, of which only parts can be
fully analysed by experiments. The work will involve the
theoretical and numerical study of ordinary differential
equations, optimization and mathematical statistics.
The student is expected to work in close collaboration
with the PhD-student in the companion project "A
metabolome and metabolic modeling approach to functional
genomics"
Contact: Bernt
Wennberg
or, for the companion project,
Carl Johan Franzén
- Spatial dynamic modelling of an intracellular
signalling pathway
A major point of the project is testing biological
concepts and mathematical models concerning the
significance for the activation of signalling pathways
in a cell a spatial redistribution of signalling
proteins. Another important question of interest is the
influence of stochastic effects on possible scenarios of
a signalling pathway. These effects seem to be important
but so far have not been investigated. We introduce a
unified mathematical description of the spatial
redistribution, aggregation and reactions of the
components of signalling pathways in a cell.
The modelling includes kinetic equations of the
Fokker-Planck - discrete Boltzmann type and
reaction-diffusion type and stochastic processes
connected with them.
Numerical algorithms based on the above models will be
implemented and systematical numerical experiments will
be carried out for a particular HOG Map kinase pathway
in yeast. The mathematical results will also supply a
useful general information on possible scenarios of the
activation of signalling pathways. The qualitative
properties and the numerical output of the models will
be compared with results of a "twin" collaborating
experimental biological project with one more PhD
student working on in parallel.
Contact:
Alexei
Heintz, e-mail heintz@math.chalmers.se
- Mathematical modelling of lipids in blood
En av de snabbast växande folksjukdomarna är typ-2 diabetes
( den brukar kallas åldersdiabetes, men drabbar idag även unga
människor), och alla dess
följdsjukdomar. Och det tycks som om diabetes
påverkar hur fettpartiklar transporteras i blodet.
En fettpartikel (en lipoprotein) lämnar levern med ett
stort innehåll av fett (i form av kolesterolester och
triglycerider), och detta fett skall sedan levereras
till olika platser i kroppen. Partiklarna tappar då
massa, men densiteten ökar, eftersom fettet som avges
har låg densitet. Man brukar indela liproteinerna efter
densitet, och man talar bland annat om VLDL (very low
density lipoproten), om IDL (intermediate density
lipoprotein), och om LDL (som också kallas "dåligt
kolesterol").
Exakt hur detta går till är inte känt, men man har gjort
noggranna mätningar, så även om man är långt från att
kunna förklara alla detaljer, så finns det i alla fall
en bra beskrivning av hur en VLDL-partikel övergår till
att bli en IDL, och så vidare.
Detta projekt går ut på att använda matematiska metoder
för att tolka mätresultaten. Även om en matematisk
modell aldrig kan bli annat än en modell, så kan en god
modell ge ovärderlig hjälp när man planerar nya
experiment, eller när man söker mönster i beteendet hos
olika inidivider. Matematisk statistik kan också hjälpa
till att avgöra kvaliteten hos mätdata.
Martin Adiels har skrivit en licentiatuppsats med titeln
A compartmental model for kinetics of Apolipoprotein B-100 and Triglycerides in VLDL1 and VLDL2 in normolipidemic subjects
Projektet utförs i tillsammans med (och med finansiering
från) Wallenberglaboratoriet
vid Sahlgrenska akademin
Contact: Martin Adiels or Bernt Wennberg
(Matematik, Chalmers) eller Jan Boren (Wallenberglaboratoriet)
- Miljöpåverkad sextransformationer
Ett projekt för att analysera skeva genuskvoter hos
tånglakar utanför vissa industrier. Samarbete mellan
Torbjörn Lundh, Joakim
Larsson och Lars
Förlin.
- Modellering av svampars fruktkroppar
Pethukov har föreslagit att man kan modellera vissa fruktkroppars
projicerade tillväxt, som tex Amanita (flugsvamp), som en iteration av en
och samma Möbiusavbildning. Vi undersöker
detta påstående genom en mikroskopisk analys
och tillämpandet av Liouvilles sats. Detta är
ett samarbete mellan Torbjörn Lundh och Marina
Voinova.
- Modellering av pro nuclei dynamik i det fertiliserade musägget
Vi vill komma fram med en modell för att bättre
förstå, och i viss mån
förutsäga, var
klyvningsplanet kommer att ligga för den första celldelningen
av ägget, givet positionerna (tid och plats) för den andra
polkroppens bildande och den fertiliserande spermiens
inträngningsposition. Detta är ett samarbete mellan
Torbjörn Lundh och Magdalena
Zernicka-Goetzs lab i Cambridge.
I anknytning till detta projekt finns ett examensprojekt i
tillämpad bildbehandling med Sofia Tapani som också handleds
av Mats
Rudemo.
- Sårläkning
Vi försöker modellera geometrin bakom sårläkning.
Drivande för detta projekt är Hippokrates ännu
öppna fråga varför ett cirkulärt sår
läker mycket långsammare än ett kantigt sår? Ett
projektarbete med Jessica Olofsson och ett examensarbete av Vanessa
Carolina Figueroa Helland har genomförts under Torbjörn
Lundhs handledning.
- Stilen hos evolutionärt driven kod
Det har länge varit svårt att utföra evolutionära
experiment på grund av tidens oerhörda knapphet, men med
hjälp av självkopierande program, kan man studera evolution
"in silico" där program konkurrerar om ett begränsat utrymme.
Det första sådana artificiella-liv-programmet skrevs av Tom
Ray och kallades Tierra. Vi arbetar här med ett andra
generationens program, Avida,
som bland annat har en spatiell dimension vilket Tierra saknar. Det vi
studerar är hur den evolultionärt framdrivan koden ser ut
"stilistiskt". Förhoppningen är att det ska finnas en viss
universialitet vilket kanske skulle kunna hjälpa oss att se
strukturer för våra kol-baserade självkopierade koder
om vi lär oss hur kiselbaserade koder "skrivs". Hittills har en
artikel skrivits av Torbjörn Lundh tillsammans med Philip Gerlee i
Dundee. För mer detaljer se här.
- Ställningskrig
(war of
attrition) med implicit tidskostnad defineras och studeras. Detta
är ett samarbete mellan Torbjörn Lundh, Anders
Eriksson och Kristian
Lindgren. Vi hoppas kunna gå vidare med våra studier
mot realistiska områden som revirkämpande hanar, psykologisk
spelteori etc. Ett
arbete har hittills publicerats.