No description available.

Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit.opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit Maastricht. / Met lit. opg. - Met een samenvatting in het Nederlands.

M. pneumoniae is one of the smallest self-replicating organisms. Many organism wide studies have been performed on M. pneumoniae and provide a wealth of information on the bacteria. However, the genetic tools to manipulate and engineer this microorganism are currently insufficient. Therefore one focus of this project is to extend the genetic toolbox for M. pneumoniae. In parallel, we developed first a proof of concepts study for the use of M. pneumoniae as therapeutical vector. For this purpose the secretome of M. pneumoniae has been investigated to define all secretion signals in this bacterium. This knowledge was used to modify M. pneumoniae to secrete three proteins with therapeutical applications. Further we could show for two of the proteins that they are active after secretion and therefore that M. pneumoniae can be used to engineer therapeutic vectors for treating lungs diseases. / M. pneumoniae es uno de los microrganismos auto-replicativos más pequeños descritos hasta el momento. En nuestro grupo se ha empleado como modelo en Biología de Sistemas y se ha caracterizado a diferentes niveles (genoma, transcriptoma, proteoma...etc). Sin embargo, las herramientas genéticas para manipular y emplear este microorganismo como modelo en Bilogía Sintética, son insuficientes. Por lo tanto, uno de los objetivos de este proyecto es ampliar el repertorio de herramientas moleculares de M. pneumoniae. En paralelo, hemos desarrollado por primera vez una “prueba de concepto” para el uso de M. pneumoniae con finalidades terapéuticas. Con este propósito, primero hemos determinado el secretoma de M. pneumoniae que ha permitido identificar todas las señales de secreción de esta bacteria. Posteriormente, se ha aplicado este conocimiento para obtener cepas de M. pneumoniae capaces de secretar tres proteínas con aplicaciones terapéuticas. Hemos demostrado que dos de las tres proteínas son activas tras la secreción, abriendo nuevas perspectivas en el uso de M. pneumoniae para el tratamiento de enfermedades pulmonares.

The present Ph.D. thesis is devoted to study, develop and apply approaches commonly used in chemometrics to the emerging field of systems biology. Existing procedures and new methods are applied to solve research and industrial questions in different multidisciplinary teams. The methodologies developed in this document will enrich the plethora of procedures employed within omic sciences to understand biological organisms and will improve processes in biotechnological industries integrating biological knowledge at different levels and exploiting the software packages derived from the thesis. This dissertation is structured in four parts. The first block describes the framework in which the contributions presented here are based. The objectives of the two research projects related to this thesis are highlighted and the specific topics addressed in this document via conference presentations and research articles are introduced. A comprehensive description of omic sciences and their relationships within the systems biology paradigm is given in this part, jointly with a review of the most applied multivariate methods in chemometrics, on which the novel approaches proposed here are founded. The second part addresses many problems of data understanding within metabolomics, fluxomics, proteomics and genomics. Different alternatives are proposed in this block to understand flux data in steady state conditions. Some are based on applications of multivariate methods previously applied in other chemometrics areas. Others are novel approaches based on a bilinear decomposition using elemental metabolic pathways, from which a GNU licensed toolbox is made freely available for the scientific community. As well, a framework for metabolic data understanding is proposed for non-steady state data, using the same bilinear decomposition proposed for steady state data, but modelling the dynamics of the experiments using novel two and three-way data analysis procedures. Also, the relationships between different omic levels are assessed in this part integrating different sources of information of plant viruses in data fusion models. Finally, an example of interaction between organisms, oranges and fungi, is studied via multivariate image analysis techniques, with future application in food industries. The third block of this thesis is a thoroughly study of different missing data problems related to chemometrics, systems biology and industrial bioprocesses. In the theoretical chapters of this part, new algorithms to obtain multivariate exploratory and regression models in the presence of missing data are proposed, which serve also as preprocessing steps of any other methodology used by practitioners. Regarding applications, this block explores the reconstruction of networks in omic sciences when missing and faulty measurements appear in databases, and how calibration models between near infrared instruments can be transferred, avoiding costs and time-consuming full recalibrations in bioindustries and research laboratories. Finally, another software package, including a graphical user interface, is made freely available for missing data imputation purposes. The last part discusses the relevance of this dissertation for research and biotechnology, including proposals deserving future research. / Esta tesis doctoral se centra en el estudio, desarrollo y aplicación de técnicas quimiométricas en el emergente campo de la biología de sistemas. Procedimientos comúnmente utilizados y métodos nuevos se aplican para resolver preguntas de investigación en distintos equipos multidisciplinares, tanto del ámbito académico como del industrial. Las metodologías desarrolladas en este documento enriquecen la plétora de técnicas utilizadas en las ciencias ómicas para entender el funcionamiento de organismos biológicos y mejoran los procesos en la industria biotecnológica, integrando conocimiento biológico a diferentes niveles y explotando los paquetes de software derivados de esta tesis. Esta disertación se estructura en cuatro partes. El primer bloque describe el marco en el cual se articulan las contribuciones aquí presentadas. En él se esbozan los objetivos de los dos proyectos de investigación relacionados con esta tesis. Asimismo, se introducen los temas específicos desarrollados en este documento mediante presentaciones en conferencias y artículos de investigación. En esta parte figura una descripción exhaustiva de las ciencias ómicas y sus interrelaciones en el paradigma de la biología de sistemas, junto con una revisión de los métodos multivariantes más aplicados en quimiometría, que suponen las pilares sobre los que se asientan los nuevos procedimientos aquí propuestos. La segunda parte se centra en resolver problemas dentro de metabolómica, fluxómica, proteómica y genómica a partir del análisis de datos. Para ello se proponen varias alternativas para comprender a grandes rasgos los datos de flujos metabólicos en estado estacionario. Algunas de ellas están basadas en la aplicación de métodos multivariantes propuestos con anterioridad, mientras que otras son técnicas nuevas basadas en descomposiciones bilineales utilizando rutas metabólicas elementales. A partir de éstas se ha desarrollado software de libre acceso para la comunidad científica. A su vez, en esta tesis se propone un marco para analizar datos metabólicos en estado no estacionario. Para ello se adapta el enfoque tradicional para sistemas en estado estacionario, modelando las dinámicas de los experimentos empleando análisis de datos de dos y tres vías. En esta parte de la tesis también se establecen relaciones entre los distintos niveles ómicos, integrando diferentes fuentes de información en modelos de fusión de datos. Finalmente, se estudia la interacción entre organismos, como naranjas y hongos, mediante el análisis multivariante de imágenes, con futuras aplicaciones a la industria alimentaria. El tercer bloque de esta tesis representa un estudio a fondo de diferentes problemas relacionados con datos faltantes en quimiometría, biología de sistemas y en la industria de bioprocesos. En los capítulos más teóricos de esta parte, se proponen nuevos algoritmos para ajustar modelos multivariantes, tanto exploratorios como de regresión, en presencia de datos faltantes. Estos algoritmos sirven además como estrategias de preprocesado de los datos antes del uso de cualquier otro método. Respecto a las aplicaciones, en este bloque se explora la reconstrucción de redes en ciencias ómicas cuando aparecen valores faltantes o atípicos en las bases de datos. Una segunda aplicación de esta parte es la transferencia de modelos de calibración entre instrumentos de infrarrojo cercano, evitando así costosas re-calibraciones en bioindustrias y laboratorios de investigación. Finalmente, se propone un paquete software que incluye una interfaz amigable, disponible de forma gratuita para imputación de datos faltantes. En la última parte, se discuten los aspectos más relevantes de esta tesis para la investigación y la biotecnología, incluyendo líneas futuras de trabajo. / Aquesta tesi doctoral es centra en l'estudi, desenvolupament, i aplicació de tècniques quimiomètriques en l'emergent camp de la biologia de sistemes. Procediments comúnment utilizats i mètodes nous s'apliquen per a resoldre preguntes d'investigació en diferents equips multidisciplinars, tant en l'àmbit acadèmic com en l'industrial. Les metodologies desenvolupades en aquest document enriquixen la plétora de tècniques utilitzades en les ciències òmiques per a entendre el funcionament d'organismes biològics i milloren els processos en la indústria biotecnològica, integrant coneixement biològic a distints nivells i explotant els paquets de software derivats d'aquesta tesi. Aquesta dissertació s'estructura en quatre parts. El primer bloc descriu el marc en el qual s'articulen les contribucions ací presentades. En ell s'esbossen els objectius dels dos projectes d'investigació relacionats amb aquesta tesi. Així mateix, s'introduixen els temes específics desenvolupats en aquest document mitjançant presentacions en conferències i articles d'investigació. En aquesta part figura una descripació exhaustiva de les ciències òmiques i les seues interrelacions en el paradigma de la biologia de sistemes, junt amb una revisió dels mètodes multivariants més aplicats en quimiometria, que supossen els pilars sobre els quals s'assenten els nous procediments ací proposats. La segona part es centra en resoldre problemes dins de la metabolòmica, fluxòmica, proteòmica i genòmica a partir de l'anàlisi de dades. Per a això es proposen diverses alternatives per a compendre a grans trets les dades de fluxos metabòlics en estat estacionari. Algunes d'elles estàn basades en l'aplicació de mètodes multivariants propostos amb anterioritat, mentre que altres són tècniques noves basades en descomposicions bilineals utilizant rutes metabòliques elementals. A partir d'aquestes s'ha desenvolupat software de lliure accés per a la comunitat científica. Al seu torn, en aquesta tesi es proposa un marc per a analitzar dades metabòliques en estat no estacionari. Per a això s'adapta l'enfocament tradicional per a sistemes en estat estacionari, modelant les dinàmiques dels experiments utilizant anàlisi de dades de dues i tres vies. En aquesta part de la tesi també s'establixen relacions entre els distints nivells òmics, integrant diferents fonts d'informació en models de fusió de dades. Finalment, s'estudia la interacció entre organismes, com taronges i fongs, mitjançant l'anàlisi multivariant d'imatges, amb futures aplicacions a la indústria alimentària. El tercer bloc d'aquesta tesi representa un estudi a fons de diferents problemes relacionats amb dades faltants en quimiometria, biologia de sistemes i en la indústria de bioprocessos. En els capítols més teòrics d'aquesta part, es proposen nous algoritmes per a ajustar models multivariants, tant exploratoris com de regressió, en presencia de dades faltants. Aquests algoritmes servixen ademés com a estratègies de preprocessat de dades abans de l'ús de qualsevol altre mètode. Respecte a les aplicacions, en aquest bloc s'explora la reconstrucció de xarxes en ciències òmiques quan apareixen valors faltants o atípics en les bases de dades. Una segona aplicació d'aquesta part es la transferència de models de calibració entre instruments d'infrarroig proper, evitant així costoses re-calibracions en bioindústries i laboratoris d'investigació. Finalment, es proposa un paquet software que inclou una interfície amigable, disponible de forma gratuïta per a imputació de dades faltants. En l'última part, es discutixen els aspectes més rellevants d'aquesta tesi per a la investigació i la biotecnologia, incloent línies futures de treball. / Folch Fortuny, A. (2016). Chemometric Approaches for Systems Biology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/77148 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Diss. (sammanfattning) Umeå : Univ., 2008. / Härtill 5 uppsatser.

Jede Zelle des Säugetierorganismus benötigt Eisen als Spurenelement für zahlreiche oxidativ-reduktive Elektronentransfer-Reaktionen und für Transport und Speicherung von Sauerstoff. Der Organismus unterhält daher ein komplexes Regulationsnetzwerk für die Aufnahme, Verteilung und Ausscheidung von Eisen. Die intrazelluläre Regulation in den verschiedenen Zelltypen des Körpers ist mit einer globalen hormonellen Signalstruktur verzahnt. Sowohl Eisenmangel wie Eisenüberschuss sind häufige und ernste menschliche Krankheitsbilder. Sie betreffen jede Zelle, aber auch den Organismus als Ganzes. In dieser Dissertation wird ein mathematisches Modell des Eisenstoffwechsels der erwachsenen Maus vorgestellt. In ihm wird die Flussbilanz des Eisens in den wichtigsten Zelltypen in Form von transmembranalen und intrazellulären kinetischen Gleichungen dargestellt, und es werden diese Zellmodelle mit dem zentralen Eisenaustausch-Kompartiment (Blutplasma) des Körpers integriert. Der Eisenstatus wird charakterisiert als Gehalt an labil gebundenen Eisen und an ferritin-gebundenen Eisen für jede Zelle. Der Stoffwechsel wird als Netzwerk von Flussdynamik formuliert. Der experimentelle Input in dieses Modells stammt von verschiedenen Quellen. Radioaktive Tracerdaten, gemessen am intakten Tier (Mausstamm C57BL6 – das am intensivsten studierte Tiermodell) unter varrierten physiologischen Bedingungen lieferten den experimentellen Hintergrund, von dem aus Clearance-Parameter durch numerisches Fitting ermittelt wurden. Es wird gezeigt, dass das Modell mit entsprechend adaptierten Parametersätzen die wichtigsten metabolischen und regulatorischen Ereignisse in Übereinstimmung mit den Messungen darstellen kann. In Zukunft soll die quantitative Übereinstimmung mit Daten aus weiteren genetischen Rekonstruktionen (globale und zell-spezifische knock-outs und konstitutive Expression relevanter Gene des Modellorganismus Maus) hergestellt werden. / Every cell of the mammalian organism needs iron as trace element in numerous oxido-reductive processes as well as for transport and storage of oxygen. The mammalian organism maintains therefore a complex regulatory network of iron uptake, excretion and intra-body distribution. Here a mathematical model of iron metabolism of the adult mouse is presented. It formulates the iron flux balance of the most important cell types of the organism in the form of transmembraneous and intracellular kinetic equations and integrates these cell models with the central exchange compartment (blood plasma) of the body. The iron status is represented as content of labile iron and of ferritin-bound iron in every cell type, and the metabolism is formulated as a network of flux dynamics. The experimental input into the model stems from different sources. Radioactive tracer data measured in the intact animal (mouse strain C57BL6 - the most intensively studied animal model) under various physiological conditions provided the experimental background from which clearance parameters could be obtained by numerical parameter fitting. Future research should render more precise the quantitative representation of genetic reconstructions (global and cell-type-addressed knock-out and constitutive expression of relevant genes of the model mouse strain).

Das Kernstueck der vorliegenden Arbeit ist die Betonung von kleinen Modulen als Schluesselkomponenten von biologischen Netzwerken. Unter den zahlreichen moeglichen Modulen scheinen besondere diejenigen interessant zu sein, welche die Rueckkopplungen realisieren und in regulatorischen Einheiten auftreten. Prozesse wie Genregulation, Differentiation oder Homeostasis benoetigen haeufig Autoregulation. Auf Grund dessen ist die detaillierte Kenntnis der dynamischen Eigenschaften von kleinen Modulen von groesserem Interesse. Es werden zwei biologische Systeme analysiert. Das erste beschaftigt sich mit dem Zellzyklus, das zweite Beispiel kommt aus der Immunologie und betrifft die Aktivierung von T-Zellen. Beide Modelle, d.h. ihre zugrundeliegende Netzwerke, lassen sich in Untereinheiten mit wohldefinierten Funktionen zerlegen. Diese Module entscheiden ueber das Verhalten des gesamten Netzwerkes. Mit anderen Worten, die von den Modulen getroffenen Entscheidungen, werden von dem gesamten System uebernommen. Bei der Analyse des Modells zum Zellzyklus wurde eine interessante Eigenschaft von gekoppelten Modulen deutlich, die wir dann getrennt behandelt haben. Seriell geschaltete Module mit positiver Rueckkopplung liefern ueberraschende Konstruktionsmoeglichkeiten fuer Systeme mit mehreren stabilen Gleichgewichtslagen. Obwohl nicht alle hier aufgestellten Hypothesen derzeit experimentell ueberpruefbar sind, es kann eine wichtige Aussage getroffen werden. Uebereinstimmende Strukturen und Mechanismen, die in verschiedenen biologischen Systemen vorkommen, bieten uns die Moeglichkeit einer Klassifizierung von biologischen Systemen bezueglich ihrer strukturellen Aehnlichkeiten. / The thesis emphasizes the importance of small modules as key components of biological networks. Especially, those which perform positive feedbacks seem to be involved in a number of regulatory units. Processes like gene regulation, differentiation and homeostasis often require autoregulation. Therefore, detailed knowledge of dynamics of small modules becomes nowadays an important subject of study. We analyze two biological systems: one regarding cell cycle regulation and one immunological example related to T-cell activation. Their underlying networks can be dissected into subunits with well defined functions. These modules decide about the behavior of the global network. In other words, they have decision taking function, which is inherited by the whole system. Stimulated by the cell cycle model and its interesting dynamics resulting from coupled modules, we analyzed the switching issue separately. Serial coupling of positive feedback circuits provides astonishing possibilities to construct systems with multiple stable steady states. Even though, in current stage, no exact experimental proof of all hypotheses is possible, one important observation can be made. Common structures and mechanisms found in different biological systems allow to classify biological systems with respect to their structural similarities.

No description available.