81
CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum genomiky a proteomiky rostlin, Středoevropský technologický institut (CEITEC), Masarykova univerzita, Brno [email protected], www.ceitec.muni.cz

CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

CG020 GenomikaBi7201 Základy genomiky

10. Systémová biologie10. Systems biology

Kamil Růžička

Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum genomiky a proteomiky rostlin,

Středoevropský technologický institut (CEITEC), Masarykova univerzita, [email protected], www.ceitec.muni.cz

Page 2: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

What is systems biology System theory Omics Reductionism vs. holism Networks Modular concept

Regulation of gene expression – example task for systems biology Gene regulation X->Y Transcriptional network of E. coli Negative autoregulatory networks Robustness of negative autoragulatory networks (Positive autoregulatory networks)

Přehled

Page 3: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

• fashionable catchword?

• a real new (philosophical) concept?

• new discipline in biology?

• just biology?

What is systems biology

Page 4: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

• fashionable catchword?

• a real new (philosophical) concept?

• new discipline in biology?

• just biology?

What is systems biology

http://www.ceitec.eu/programs/genomics-and-proteomics-of-plant-systems/

Page 5: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

• The behavior of a system depends on:

• Properties of the components of the system• The interactions between the components

Systems theory

Page 6: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

• The behavior of a system depends on:

• Properties of the components of the system• The interactions between the components

Systems theory

Forget about reductionism, think holistically.

ὅλος [hol'-os] – greek. all, the whole, entire, complete

Page 7: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Systems biology

• Systems theory and theoretical biology are old

• Experimental and computational possibilities are new

meeting of old and new

Page 8: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Ludwig von Bertalanffy (1901-1972)

Page 9: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Omics-revolution shifts paradigm to large systems

- Integrative bioinformatics- (Network) modeling

Page 10: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Two roots of systems biology

Palsson 2007

Page 11: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Associated disciplines

Genomics Epigenomics Transcriptomics Translatomics / Proteomics Interactomics Metabolomics Fluxomics NeuroElectroDynamics Phenomics Biomics

Page 12: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Associated disciplines

Genomics Epigenomics Transcriptomics Translatomics / Proteomics Interactomics Metabolomics Fluxomics NeuroElectroDynamics Phenomics Biomics

Jozef Mravec’s term:multidimensional biology

Page 13: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

How I understand systems biology

Genetics – you have one or few RNA processing genes where you show their importance in protoxylem development

Functional genomics – you find in e.g protoxylem expression profiles numerous RNA processing genes and demonstrate which are important for protoxylem developments

Systems biology – based on obtained large scale data you propose model how genes (and/or other components) collectively regulate protoxylem development

Page 14: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

How I understand systems biology

Good biology – you explain why just some genes regulate protoxylem development

(sorry for aphorisms)

Page 15: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Reconstructed genome-scale networks

Species #Reactions #Genes Reference

Escherichia coli 2077 1260 Feist AM. et al. (2007), Mol. Syst. Biol.

Saccharomyces cerevisiae 1175 708 Förster J. et al. (2003), Genome Res.

Bacillus subtilis 1020 844 Oh YK. et al. (2007), J. Biol. Chem.

Lactobacillus plantarum 643 721 Teusink B. et al., (2006), J. Bio. Chem.

Human 3673 1865 Duarte NC. et al., (2007), PNAS

Arabidopsis Arabidopsis Interactome Mapping Consortium (2011), Science

Page 16: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Reconstructed genome-scale networks

Species #Reactions #Genes Reference

Escherichia coli 2077 1260 Feist AM. et al. (2007), Mol. Syst. Biol.

Saccharomyces cerevisiae 1175 708 Förster J. et al. (2003), Genome Res.

Bacillus subtilis 1020 844 Oh YK. et al. (2007), J. Biol. Chem.

Lactobacillus plantarum 643 721 Teusink B. et al., (2006), J. Bio. Chem.

Human 3673 1865 Duarte NC. et al., (2007), PNAS

Arabidopsis Arabidopsis Interactome Mapping Consortium (2011), Science

Page 17: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Complexity of cellular networks in E. coli

Page 18: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Sometimes the things are different than we just think

Page 19: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

• Gene expression networks: based on transcriptional profiling and clustering of genes

• Protein-protein interaction networks (Y2H, TAP etc).

• Metabolic networks: network of interacting metabolites through biochemical reactions.

Reconstruction of networks from -omics for systems analysis

Page 20: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Reconstruction of networks from -omics for systems analysis

• Gene expression networks: based on transcriptional profiling and clustering of genes

• Protein-protein interaction networks (Y2H, TAP etc).

• Metabolic networks: network of interacting metabolites through biochemical reactions.

Page 21: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

How to simplify.Modularity concept.

Lets e.g. assume that transcription and translation is one module.

Page 22: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

E. coli

Generation time 20 min

Page 23: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Description of gene regulation

Page 24: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Description of gene regulation

[units

[time-1]

Page 25: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Description of gene regulation

[units

[time-1]

Page 26: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Description of gene regulation

cells grow protein is degraded

+

[units

[time-1]

Page 27: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Description of gene regulation

Page 28: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

1. Steady state – ustálený stav

t

Yst

Y

Page 29: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum
Page 30: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

2. Production of Y stops:

(log => ln [.CZ])

Page 31: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

2. Production of Y stops:

(log => ln [.CZ])Large → rapid degradation 𝛼

Page 32: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Stable proteins(most of E. coli proteins)

τ – cell generation

Page 33: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Stable proteins

τ – cell generation

Response time is one generation.

Page 34: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

3. Production of Y starts from zero

ß

t

Page 35: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

3. Production of Y starts from zero

Page 36: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

3. Production of Y starts from zero

Y grows almost linearly initially

(magic)

Page 37: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

3. Production of Y starts from zero

Response time:

The same response time as in case 2.Response time does not depend on production rate!

Page 38: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

3. Production of Y starts from zero

Response time:

Not many degradation mechanisms in E. coli (energy consuming).Perhaps in plants?

Page 39: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Networks

node(CZ: uzel)

thread(CZ: hrana)

Page 40: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Transcriptional network of E. coli

420 nodes, 520 edges How may self-edges? (CZ: samohrana?)

Page 41: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Likelihood of the self-edge

Page 42: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Autoregulation is a network motif

420 nodes, 520 edges. 40 self-edges!

Page 43: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Autoregulation is a network motif

E. coli:40 autoregulatory loops: 36 negative, 4 positive

positive regulationnegative regulation

Page 44: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loop is best described by Hill’s function

ß(Y)

Y

Page 45: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loopsHill’s function

ß1/2

ß(Y)

Y

n

ßmax

K

Page 46: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loopsHill’s function

ßmaxß(Y)

K

maximum production rate

ß1/2

Y

n

steepness(Hill’s function)concentration of Y needed

for 50 % repression

Page 47: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loopsHill’s function

ßmaxß(Y)

K

maximum (initial) production rate

ß1/2

Y

n

Page 48: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loopsß synthesis rate – stochastic noise

ß(Y)

Y

ß may vary by 10 - 30 % (other parameters stable)

(stochastický ruch)

Page 49: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loopsHill’s coeficcient

ß1/2

ß(Y)

Y

n

K

• varies between 1 – 4, the higher the steeper

• important factor: multimerization

Page 50: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Negative autoregulatory loopsK – repression coefficient

ß1/2

ß(Y)

Y

n

K

• depends on chemical bonds between Y and its binding sites

• a point mutation can increase K ~10 times

ATG Y

YNNNNN

concentration of Y needed for 50 % repression

Page 51: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Positive autoregulatory loopsHill’s function

ß1/2

ß(Y)

Y

n

ßmax

K

Page 52: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Back to simple regulation

production (ß)

YYst

Page 53: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Example: if ß=0 (no production)

YYst=0

Page 54: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

production (ß)

removal > production

YYst

production > removal

Page 55: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

production (ß)

YYst

the longer the distance, the faster the change

Page 56: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Therefore more difficult to come to Yst with time

Yst

Y

t

Page 57: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

production (ß)

YYst

Autoregulation vs. simple production

Page 58: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Comparison

Lets assume that these values are the same:

1. Yst

2. 𝛼

Page 59: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Comparison

Lets assume that these values are the same:

1. Yst

2. 𝛼Lets put it in one graph.

Page 60: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

production (ß)

YYst

ß

ßmax

in such case, always ßmax>ß

Autoregulation vs. simple production

Page 61: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Autoregulation vs. simple production

production (ß)

YYst

ß

ßmax

the distance always more far => the reactions are faster

Page 62: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Response time was confirmed indeed faster (~5 times)

time

Y

simple regulation

negative autoregulation

Alon 2007

Page 63: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Cases of sharp curve

YYst

ß

ßmax

Page 64: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Cases of sharp curve

YYst

ß

ßmax

Page 65: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Cases of sharp curveproduction (ß)

YYst

ß

ßmax

Fluctuations in synthesis or removal don’t change much.

Page 66: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Cases of sharp curveproduction (ß)

YYst≈K

ß

ßmax

Yst depends only on K – on protein-DNA binding properties.

Page 67: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Conclusions

Negative autoregulationspeeds up response timeis robust (for 𝛼, ß) => basically on/offbypasses stochastic noise

production (ß)

YYst

ß

ßmax

Page 68: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Conclusions

The model explains why negative autoregulation is a common network motif in E. coli.

production (ß)

YYst

ß

ßmax

Page 69: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Conclusions

The model explains why negative autoregulation is network motif.

We will not avoid mathematics in biology.

Page 70: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Positive autoregulation leads to slower response

Page 71: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Positive autoregulation leads to higher variation

extreme case

=> increasing cell-cell variability

less extreme case

Page 72: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Positive autoregulation leads to higher variation

extreme case

Strong variation:-=> differentiation of cells into 2 populations (development)-=> memory for maintaining gene expression (development)-helps with maintaining mixed phenotype for better response to changing environment

Page 73: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Source literature

http://www.youtube.com/watch?v=Z__BHVFP0Lk and further – excellent talks about systems biology from Uri Alon (Weizman Institute)

Rosenfeld N, Negative autoregulation speeds the response times of transcription networks. J Mol Biol. 2002 Nov 8;323(5):785-93. – experimental testing of the data

Alon U. Network motifs: theory and experimental approaches. Nat Rev Genet. 2007 Jun;8(6):450-61. Review about the same.

Alon, U. (2006). An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits (Chapman and Hall/CRC).

Palsson, B.Ø. (2011). Systems Biology: Simulation of Dynamic Network States (Cambridge University Press). Most common textbook about systems biology,

Literature

For enthusiasts Zimmer (2009). Microcosm- E Coli & the New Science of Life (Vintage) (popular scientific

book about E. coli as model organism and what you probably didn’t know)

Albert-László Barabási (2005) V pavučině sítí. (Paseka) (znamenitá kniha o matematice sítí, dynamicky se rozvíjejícím oboru od předního světového vědce)

PA052 Úvod do systémové biologie, Přednášky. Fakulta Informatiky MU

http://sybila.fi.muni.cz/cz/index - obor na fakultě informatiky.

Page 74: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Reductionism vs. holism

Page 75: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Stochastic noise (stochastický ruch)

Page 76: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Flux balance analysis (FBA)

AB

C Constraints set bounds on solution space, but where in this space does the “real” solution lie?

FBA: optimize for that flux distribution that maximizes an objective function (e.g. biomass flux) – subject to S.v=0 and αj≤vj≤βj

Thus, it is assumed that organisms are evolved for maximal growth -> efficiency!

Page 77: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Flux balance analysis (FBA)

AB

C Constraints set bounds on solution space, but where in this space does the “real” solution lie?

FBA: optimize for that flux distribution that maximizes an objective function (e.g. biomass flux) – subject to S.v=0 and αj≤vj≤βj

Thus, it is assumed that organisms are evolved for maximal growth -> efficiency!

Page 78: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

PA052 Úvod do systémové biologie

Page 79: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum

Metagenomics

Page 80: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum
Page 81: CG020 Genomika Bi7201 Základy genomiky 10. Systémová biologie 10. Systems biology Kamil Růžička Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum