Wachstum

@misc{brody1945bioenergetics2,
    author = "Brody, S",
    title = "Bioenergetics and Growth",
    year = "1945",
    howpublished = "New York, Van Nostrand Reinhold, 1023 p",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Brody, S., 1945, Bioenergetics and Growth: New York, Van Nostrand Reinhold, 1023 p.}"
}

@article{bertalanffy1957quantitative1,
    author = "Bertalanffy, L",
    title = "Quantitative laws in metabolism and growth",
    year = "1957",
    journal = "Quarterly Review of Biology, v. 32, p. 217-231",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Bertalanffy, L., 1957, Quantitative laws in metabolism and growth: Quarterly Review of Biology, v. 32, p. 217-231.}"
}

@article{vonbertalanffy1957quantitative,
    author = "von Bertalanffy, Ludwig",
    title = "Quantitative Laws in Metabolism and Growth",
    year = "1957",
    journal = "The Quarterly Review of Biology",
    url = "https://doi.org/10.1086/401873",
    doi = "10.1086/401873",
    number = "3",
    openalex = "W2278685458",
    pages = "217-231",
    volume = "32",
    references = "doi101002ar1091000306, doi101002jcp1030570302, doi101007bf00650112, doi101007bf01722007, doi101016s0021925818555757, doi101016s0021925818566928, doi101021j150446a008, doi101086physzool17130151829, doi101126science1092841579, doi101152physrev1956362255"
}

@book{thompson1961on3,
    author = "Thompson, D'A. W",
    title = "On Growth and Form",
    year = "1961",
    publisher = "Cambridge, Cambridge University Press; [Abriged edition by J.T. Bonner]",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Thompson, D'A. W., 1961, On Growth and Form: Cambridge, Cambridge University Press; [Abriged edition by J.T. Bonner].}"
}

Zusammenfassung Modulare (koloniale) Wirbellose sind meist aquatisch, sessil, aktive oder passive Suspensionsfresser. Dieser Artikel schlägt und diskutiert einige Verallgemeinerungen bezüglich der Form vor, die offensichtlich mit dem sessilen kolonialen Lebensstil zusammenhängen. Im Gegensatz zur Größe verwandter unitärer Formen sind die Module klein, was die Fressfläche relativ zur metabolischen Masse maximiert und die Produktion eines hohen Energieüberschusses begünstigt. Eine zunehmende koloniale Integration bei Ascidien und Hydroiden ist mit einer abnehmenden Modulgröße verbunden, während sie bei Bryozoa, mit dem Lophophor als Index, mit einer gewissen Zunahme der Größe einhergeht. Die kleinsten Lophophore finden sich bei Arten mit scheinbar primitiver, nahezu linearer Verzweigung. Unter Bryozoa mit kompakten einschlagenden Kolonien können jedoch Arten mit größeren Lophophoren benachbarte Arten mit kleineren Lophophoren verdrängen. Die Lophophorgröße kann dann ein Kompromiss zwischen energetischem Vorteil und competitivem Nachteil sein. Während interne Filterer dazu neigen, Module gruppiert zu haben, um größere Ausströmöffnungen zu erzeugen, was einen stärkeren Austrittsfluss begünstigt, scheint es bei Bryozoa vorteilhaft zu sein, die maximale Abdeckung von erweiterten Lophophoren zu erreichen. Bei Cheilostomata sind Lophophore im Allgemeinen dicht gepackt, außer an ausströmenden Schornsteinen, und Zooidgröße und -form sind dann direkt mit den Dimensionen des Lophophors verknüpft. Bryozoa Cyclostomata haben sich jedoch von dicht gepackten Lophophoren und quincuncialen Zooiden zu faszikulierten Anordnungen entwickelt, was möglicherweise strukturelle Ausströmkanäle in einer Gruppe bereitstellt, die die koloniale Koordination zur Aufrechterhaltung nicht-skelettaler Schornsteine fehlt. Variationen der Kolonienform hängen vom Wachstumsmodus, der Anordnung der Module zur Maximierung der Filtration und Wechselwirkungen mit Umweltfaktoren ab. Eine zunehmende Oberfläche führt zu einer erhöhten Reibung durch Wasserbewegungen. Dies kann Einschränkungen für Wachstum und Form bedeuten oder zur Verbesserung der Filtration ausgenutzt werden. Passive Filterer produzieren oft aufrechte, verzweigte, ebene Kolonien, die senkrecht zu gerichteten Strömungen ausgerichtet sind. Bilateral symmetrische, schüsselartige Kolonien mit nachströmenden Zooiden können in einseitigen Strömungen auftreten. Aufrechte Bryozoa-Kolonien sind häufiger unregelmäßig buschig oder regelmäßig verzweigt in drei Dimensionen, wodurch sie an Strömungen angepasst sind, die in Richtung oder Geschwindigkeit variieren oder beides.

@article{doi101098rstb19860025,
    author = "Ryland, J. S. und Warner, George F.",
    title = "Wachstum und Form bei modularen Tieren: Gedanken zur Größe und Anordnung von Zooiden",
    year = "1986",
    journal = "Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences",
    abstract = "Zusammenfassung Modulare (koloniale) Wirbellose sind meist aquatisch, sessil, aktive oder passive Suspensionsfresser. Dieser Artikel schlägt und diskutiert einige Verallgemeinerungen bezüglich der Form vor, die offensichtlich mit dem sessilen kolonialen Lebensstil zusammenhängen. Im Gegensatz zur Größe verwandter unitärer Formen sind die Module klein, was die Fressfläche relativ zur metabolischen Masse maximiert und die Produktion eines hohen Energieüberschusses begünstigt. Eine zunehmende koloniale Integration bei Ascidien und Hydroiden ist mit einer abnehmenden Modulgröße verbunden, während sie bei Bryozoa, mit dem Lophophor als Index, mit einer gewissen Zunahme der Größe einhergeht. Die kleinsten Lophophore finden sich bei Arten mit scheinbar primitiver, nahezu linearer Verzweigung. Unter Bryozoa mit kompakten einschlagenden Kolonien können jedoch Arten mit größeren Lophophoren benachbarte Arten mit kleineren Lophophoren verdrängen. Die Lophophorgröße kann dann ein Kompromiss zwischen energetischem Vorteil und competitivem Nachteil sein. Während interne Filterer dazu neigen, Module gruppiert zu haben, um größere Ausströmöffnungen zu erzeugen, was einen stärkeren Austrittsfluss begünstigt, scheint es bei Bryozoa vorteilhaft zu sein, die maximale Abdeckung von erweiterten Lophophoren zu erreichen. Bei Cheilostomata sind Lophophore im Allgemeinen dicht gepackt, außer an ausströmenden Schornsteinen, und Zooidgröße und -form sind dann direkt mit den Dimensionen des Lophophors verknüpft. Bryozoa Cyclostomata haben sich jedoch von dicht gepackten Lophophoren und quincuncialen Zooiden zu faszikulierten Anordnungen entwickelt, was möglicherweise strukturelle Ausströmkanäle in einer Gruppe bereitstellt, die die koloniale Koordination zur Aufrechterhaltung nicht-skelettaler Schornsteine fehlt. Variationen der Kolonienform hängen vom Wachstumsmodus, der Anordnung der Module zur Maximierung der Filtration und Wechselwirkungen mit Umweltfaktoren ab. Eine zunehmende Oberfläche führt zu einer erhöhten Reibung durch Wasserbewegungen. Dies kann Einschränkungen für Wachstum und Form bedeuten oder zur Verbesserung der Filtration ausgenutzt werden. Passive Filterer produzieren oft aufrechte, verzweigte, ebene Kolonien, die senkrecht zu gerichteten Strömungen ausgerichtet sind. Bilateral symmetrische, schüsselartige Kolonien mit nachströmenden Zooiden können in einseitigen Strömungen auftreten. Aufrechte Bryozoa-Kolonien sind häufiger unregelmäßig buschig oder regelmäßig verzweigt in drei Dimensionen, wodurch sie an Strömungen angepasst sind, die in Richtung oder Geschwindigkeit variieren oder beides.",
    url = "https://doi.org/10.1098/rstb.1986.0025",
    doi = "10.1098/rstb.1986.0025",
    openalex = "W2153028084",
    references = "doi101007bf01722007"
}

Flussbilanzmodelle des Stoffwechsels verwenden die Stöchiometrie von Stoffwechselwegen, die metabolischen Anforderungen des Wachstums und Optimierungsprinzipien, um die Verteilung des metabolischen Flusses und das zelluläre Wachstum unter spezifizierten Umweltbedingungen vorherzusagen. Diese Modelle haben eine mechanistische Interpretation der systemischen metabolischen Physiologie ermöglicht und sind auch als quantitatives Werkzeug für das Design von Stoffwechselwegen nützlich. Quantitative Vorhersagen des Zellwachstums und der Ausscheidung von Stoffwechselnebenprodukten, die experimentell überprüfbar sind, können aus diesen Modellen gewonnen werden. In diesem Bericht verwendeten wir unabhängige Messungen, um die Modellparameter für den wildtypischen Escherichia coli-Stamm W3110 zu bestimmen. Wir bestimmten experimentell die maximale Sauerstoffnutzungsrate (15 mmol O2 pro g [Trockengewicht] pro h), die maximale aerobe Glukosenutzungsrate (10,5 mmol Glc pro g [Trockengewicht] pro h), die maximale anaerobe Glukosenutzungsrate (18,5 mmol Glc pro g [Trockengewicht] pro h), die nicht mit dem Wachstum assoziierten Wartungsanforderungen (7,6 mmol ATP pro g [Trockengewicht] pro h) und die mit dem Wachstum assoziierten Wartungsanforderungen (13 mmol ATP pro g Biomasse). Das durch diese Parameter spezifizierte Flussbilanzmodell wurde gefunden, quantitativ die Glukose- und Sauerstoffaufnahmeraten sowie die Acetat-Aussicherungsrate zu sagen, die in Chemostat-Experimenten beobachtet wurden. Wir haben einen prädiktiven Algorithmus formuliert, um das Flussbilanzmodell anzuwenden, um unsteady-state Wachstum und Ausscheidung von Nebenprodukten in aeroben Batch-, Fed-Batch- und anaeroben Batch-Kulturen zu beschreiben. In aeroben Experimenten beobachteten wir Acetat-Ausscheidung, Anreicherung im Kulturmedium und Wiederverwertung aus dem Kulturmedium. In Fed-Batch-Kulturen wird Acetat während des späteren Teils des Kulturzeitraums kometabolisiert mit Glukose.(ZUSAMMENFASSUNG AUF 250 WÖRTER KURZGESCHNITTEN)

@article{doi101128aem6010372437311994,
    author = "Varma, Amit und Palsson, Bernhard Ø.",
    title = "Stoichiometric flux balance models quantitatively predict growth and metabolic by-product secretion in wild-type Escherichia coli W3110",
    year = "1994",
    journal = "Applied and Environmental Microbiology",
    abstract = "Flux balance models of metabolism use stoichiometry of metabolic pathways, metabolic demands of growth, and optimality principles to predict metabolic flux distribution and cellular growth under specified environmental conditions. These models have provided a mechanistic interpretation of systemic metabolic physiology, and they are also useful as a quantitative tool for metabolic pathway design. Quantitative predictions of cell growth and metabolic by-product secretion that are experimentally testable can be obtained from these models. In the present report, we used independent measurements to determine the model parameters for the wild-type Escherichia coli strain W3110. We experimentally determined the maximum oxygen utilization rate (15 mmol of O2 per g [dry weight] per h), the maximum aerobic glucose utilization rate (10.5 mmol of Glc per g [dry weight] per h), the maximum anaerobic glucose utilization rate (18.5 mmol of Glc per g [dry weight] per h), the non-growth-associated maintenance requirements (7.6 mmol of ATP per g [dry weight] per h), and the growth-associated maintenance requirements (13 mmol of ATP per g of biomass). The flux balance model specified by these parameters was found to quantitatively predict glucose and oxygen uptake rates as well as acetate secretion rates observed in chemostat experiments. We have formulated a predictive algorithm in order to apply the flux balance model to describe unsteady-state growth and by-product secretion in aerobic batch, fed-batch, and anaerobic batch cultures. In aerobic experiments we observed acetate secretion, accumulation in the culture medium, and reutilization from the culture medium. In fed-batch cultures acetate is cometabolized with glucose during the later part of the culture period.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)",
    url = "https://doi.org/10.1128/aem.60.10.3724-3731.1994",
    doi = "10.1128/aem.60.10.3724-3731.1994",
    openalex = "W2143861551"
}

Das Leben ist das komplexeste physikalische Phänomen im Universum und zeigt eine außerordentliche Vielfalt an Form und Funktion über eine enorme Skala, von den größten Tieren und Pflanzen bis hin zu den kleinsten Mikroben und subzellulären Einheiten. Trotz dieser Vielfalt skalieren viele seiner grundlegendsten und komplexesten Phänomene mit der Größe in einer überraschend einfachen Weise. Beispielsweise skaliert der Stoffwechselumsatz als 3/4-Potenz der Masse über 27 Größenordnungen, von molekularen und intrazellulären Ebenen bis hin zu den größten Organismen. Ähnlich skalieren Zeitskalen (wie Lebensdauern und Wachstumsraten) und Größen (wie bakterielle Genomlängen, Baumhöhen und Mitochondriendichten) mit Exponenten, die typischerweise einfache Potenzen von 1/4 sind. Die Universalität und Einfachheit dieser Beziehungen legen nahe, dass fundamentale universelle Prinzipien einen Großteil der grob strukturierten allgemeinen Struktur und Organisation lebender Systeme zugrunde liegen. Wir haben eine Reihe von Prinzipien vorgeschlagen, die auf der Beobachtung basieren, dass fast alles Leben durch hierarchische Verzweigungsnetzwerke aufrechterhalten wird, die wir als invariant an den Endeinheiten, raumfüllend und durch den Prozess der natürlichen Selektion optimiert annehmen. Wir zeigen, wie diese allgemeinen Einschränkungen die Skalierung mit dem 1/4-Potenz erklären und zu einer quantitativen, vorhersagenden Theorie führen, die viele der wesentlichen Merkmale verschiedener biologischer Systeme erfasst. Als Beispiele werden tierische Kreislaufsysteme, pflanzliche Gefäßsysteme, Wachstum, Mitochondriendichten und das Konzept einer universellen molekularen Uhr betrachtet. Temperaturüberlegungen, Dimensionalität und die Rolle von Invarianten werden diskutiert. Kritik und Kontroversen, die mit diesem Ansatz verbunden sind, werden ebenfalls behandelt.

@article{doi101242jeb01589,
    author = "West, Geoffrey B. und Brown, James H.",
    title = "The origin of allometric scaling laws in biology from genomes to ecosystems: towards a quantitative unifying theory of biological structure and organization",
    year = "2005",
    journal = "Journal of Experimental Biology",
    abstract = "Das Leben ist das komplexeste physikalische Phänomen im Universum und zeigt eine außerordentliche Vielfalt an Form und Funktion über eine enorme Skala, von den größten Tieren und Pflanzen bis hin zu den kleinsten Mikroben und subzellulären Einheiten. Trotz dieser Vielfalt skalieren viele seiner grundlegendsten und komplexesten Phänomene mit der Größe in einer überraschend einfachen Weise. Beispielsweise skaliert der Stoffwechselumsatz als 3/4-Potenz der Masse über 27 Größenordnungen, von molekularen und intrazellulären Ebenen bis hin zu den größten Organismen. Ähnlich skalieren Zeitskalen (wie Lebensdauern und Wachstumsraten) und Größen (wie bakterielle Genomlängen, Baumhöhen und Mitochondriendichten) mit Exponenten, die typischerweise einfache Potenzen von 1/4 sind. Die Universalität und Einfachheit dieser Beziehungen legen nahe, dass fundamentale universelle Prinzipien einen Großteil der grob strukturierten allgemeinen Struktur und Organisation lebender Systeme zugrunde liegen. Wir haben eine Reihe von Prinzipien vorgeschlagen, die auf der Beobachtung basieren, dass fast alles Leben durch hierarchische Verzweigungsnetzwerke aufrechterhalten wird, die wir als invariant an den Endeinheiten, raumfüllend und durch den Prozess der natürlichen Selektion optimiert annehmen. Wir zeigen, wie diese allgemeinen Einschränkungen die Skalierung mit dem 1/4-Potenz erklären und zu einer quantitativen, vorhersagenden Theorie führen, die viele der wesentlichen Merkmale verschiedener biologischer Systeme erfasst. Als Beispiele werden tierische Kreislaufsysteme, pflanzliche Gefäßsysteme, Wachstum, Mitochondriendichten und das Konzept einer universellen molekularen Uhr betrachtet. Temperaturüberlegungen, Dimensionalität und die Rolle von Invarianten werden diskutiert. Kritik und Kontroversen, die mit diesem Ansatz verbunden sind, werden ebenfalls behandelt.",
    url = "https://doi.org/10.1242/jeb.01589",
    doi = "10.1242/jeb.01589",
    openalex = "W2117184765",
    references = "doi101001jama196203050110085031, doi101016jresp200401006, doi101017cbo9780511608551, doi101021j150446a008, doi10103835098076, doi101113jphysiol1952sp004719, doi101119113295, doi101126science1061967, doi101126science2765309122, doi101126science28454201677, doi103733hilgv06n11p315, openalexw1558456135"
}

@misc{crossref2007bioenergetics,
    title = "Bioenergetik und Stoffwechsel",
    year = "2007",
    booktitle = "Prinzipien und Praxis des Krafttrainings",
    url = "https://doi.org/10.5040/9781492596875.part-002",
    doi = "10.5040/9781492596875.part-002",
    openalex = "W4251395485",
    pages = "61-62"
}

Die von der Wachstumsrate abhängige Regulation der Zellgröße, des Ribosomengehalts und der metabolischen Effizienz folgt bei einzelligen Organismen einem gemeinsamen Muster: Mit zunehmenden Wachstumsraten steigen die Zellgröße und der Ribosomengehalt, und es findet ein Übergang zu einer energetisch ineffizienten Metabolisierung statt. Letztere beiden Phänomene werden auch bei schnell wachsenden Tumorzellen und Zelllinien beobachtet. Diese Muster deuten auf ein grundlegendes Designprinzip hin. In der Biologie lassen sich solche Designs oft als Ergebnis der Optimierung der Fitness verstehen. Hier zeigen wir, dass in grundlegenden Modellen selbstreplizierender Systeme diese Muster die Konsequenz der Maximierung der Wachstumsrate sind. Während die meisten Modelle des zellulären Wachstums einen Teil der Physiologie betrachten, beispielsweise nur den Stoffwechsel, integriert der hier vorgestellte Ansatz mehrere Subsysteme zu einem vollständigen selbstreplizierenden System. Solche Modelle können grundlegend unterschiedliche optimale Strategien liefern. Insbesondere wird gezeigt, wie der Übergang in der metabolischen Effizienz aus einem Kompromiss zwischen Investitionen in die Enzymsynthese und metabolischen Erträgen für alternative katabole Wege resultiert. Die Modelle verdeutlichen, wie die Optimierung des Wachstums durch natürliche Selektion Wachstumsstrategien prägt.

@article{doi101038msb200982,
    author = "Molenaar, Douwe and van Berlo, Rogier and de Ridder, Dick and Teusink, Bas",
    title = "Shifts in growth strategies reflect tradeoffs in cellular economics",
    year = "2009",
    journal = "Molecular Systems Biology",
    abstract = "The growth rate-dependent regulation of cell size, ribosomal content, and metabolic efficiency follows a common pattern in unicellular organisms: with increasing growth rates, cell size and ribosomal content increase and a shift to energetically inefficient metabolism takes place. The latter two phenomena are also observed in fast growing tumour cells and cell lines. These patterns suggest a fundamental principle of design. In biology such designs can often be understood as the result of the optimization of fitness. Here we show that in basic models of self-replicating systems these patterns are the consequence of maximizing the growth rate. Whereas most models of cellular growth consider a part of physiology, for instance only metabolism, the approach presented here integrates several subsystems to a complete self-replicating system. Such models can yield fundamentally different optimal strategies. In particular, it is shown how the shift in metabolic efficiency originates from a tradeoff between investments in enzyme synthesis and metabolic yields for alternative catabolic pathways. The models elucidate how the optimization of growth by natural selection shapes growth strategies.",
    url = "https://doi.org/10.1038/msb.2009.82",
    doi = "10.1038/msb.2009.82",
    openalex = "W2107275175",
    references = "doi101016jccr200604023, doi101016jcell200808021, doi101038nrmicro1023, doi101073pnas91156808, doi10109900221287193592, doi101126science1058079, doi101126science1233191309, doi101126science2785338680, doi101128aem6010372437311994, doi101146annurevmi03100149002103"
}

@article{bouillaud2010ucp2,
    author = "Bouillaud, Frédéric und Pecqueur, Claire",
    title = "UCP2-Bioenergetik und Stoffwechsel",
    year = "2010",
    journal = "Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics",
    url = "https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2010.04.252",
    doi = "10.1016/j.bbabio.2010.04.252",
    openalex = "W2000325152",
    pages = "84",
    volume = "1797"
}

Der Stoffwechsel erzeugt Sauerstoffradikale, die zur Entstehung onkogener Mutationen beitragen. Aktiviertere Onkogene und der Verlust von Tumorsuppressoren verändern ihrerseits den Stoffwechsel und induzieren die aerobe Glykolyse. Die aerobe Glykolyse oder der Warburg-Effekt verknüpft die hohe Rate der Glukosefermentation mit Krebs. Zusammen mit Glutamin liefert Glukose über die Glykolyse die Kohlenstoffgerüste, NADPH und ATP zur Bildung neuer Krebszellen, die in Hypoxie bestehen bleiben, die ihrerseits Stoffwechselwege für Zellwachstum und Überleben neu vernetzt. Ein übermäßiger Kalorienkonsum ist mit einem erhöhten Krebsrisiko verbunden, während Kalorienrestriktion schützend wirkt, möglicherweise durch die Beseitigung von Mitochondrien oder Mitophagie, wodurch oxidativer Stress reduziert wird. Daher sind die Zusammenhänge zwischen Stoffwechsel und Krebs vielfältig und reichen von der geringen Krebsinzidenz bei großen Säugetieren mit niedrigem spezifischen Stoffwechsel bis hin zu veränderter Krebszellstoffwechsel infolge mutierter Enzyme oder Krebsgene.

@article{doi101101gad189365112,
    author = "Dang, Chi V.",
    title = "Links between metabolism and cancer",
    year = "2012",
    journal = "Genes \& Development",
    abstract = "Metabolism generates oxygen radicals, which contribute to oncogenic mutations. Activated oncogenes and loss of tumor suppressors in turn alter metabolism and induce aerobic glycolysis. Aerobic glycolysis or the Warburg effect links the high rate of glucose fermentation to cancer. Together with glutamine, glucose via glycolysis provides the carbon skeletons, NADPH, and ATP to build new cancer cells, which persist in hypoxia that in turn rewires metabolic pathways for cell growth and survival. Excessive caloric intake is associated with an increased risk for cancers, while caloric restriction is protective, perhaps through clearance of mitochondria or mitophagy, thereby reducing oxidative stress. Hence, the links between metabolism and cancer are multifaceted, spanning from the low incidence of cancer in large mammals with low specific metabolic rates to altered cancer cell metabolism resulting from mutated enzymes or cancer genes.",
    url = "https://doi.org/10.1101/gad.189365.112",
    doi = "10.1101/gad.189365.112",
    openalex = "W2105665764",
    references = "doi101016jcellsig201201008, doi101016jcmet200602002, doi101038nature08617, doi101038nrc2981, doi101038nrc3038, doi101038nrm3025, doi101056nejmoa0808710, doi101126science1160809, doi101126science1164382, doi101126science1233191309"
}

Wachstum ist ein grundlegender Prozess des Lebens. Wachstumsanforderungen sind für viele Mikroben experimentell gut charakterisiert; jedoch fehlt uns ein einheitliches Modell für das zelluläre Wachstum. Ein solches Modell muss Ereignisse auf molekularer Ebene vorhersagen und das hochstufige Verhalten der Zelle als Ganzes erklären können. Hier konstruieren wir ein ME-Modell für Escherichia coli – ein Modell im Genommaßstab, das Stoffwechsel- und Genprodukt-Expressionspfade nahtlos integriert. Das Modell berechnet ~80 % des funktionellen Proteoms (nach Masse), das die Zelle verwendet, um unter gegebenen Bedingungen Wachstum zu unterstützen. Stoffwechsel und Genexpression sind voneinander abhängige Prozesse, die sich gegenseitig beeinflussen und beschränken. Wir formalisieren diese Beschränkungen und wenden das Prinzip der Wachstumsoptimierung an, um die genaue Vorhersage von Phänotypen auf mehreren Skalen zu ermöglichen, von grobgranuliert (Wachstumsrate, Nährstoffaufnahme, Ausscheidung von Nebenprodukten) bis hin zu feingranuliert (metabolische Flüsse, Genexpressionsniveaus). Unsere Ergebnisse vereinen viele bestehende Prinzipien, die entwickelt wurden, um das bakterielle Wachstum zu beschreiben.

@article{doi101038msb201352,
    author = "O'Brien, Edward J. und Lerman, Joshua A. und Chang, Roger L. und Hyduke, Daniel R. und Palsson, Bernhard Ø.",
    title = "Genome‐scale models of metabolism and gene expression extend and refine growth phenotype prediction",
    year = "2013",
    journal = "Molecular Systems Biology",
    abstract = "Wachstum ist ein grundlegender Prozess des Lebens. Wachstumsanforderungen sind für viele Mikroben experimentell gut charakterisiert; jedoch fehlt uns ein einheitliches Modell für das zelluläre Wachstum. Ein solches Modell muss Ereignisse auf molekularer Ebene vorhersagen und das hochstufige Verhalten der Zelle als Ganzes erklären können. Hier konstruieren wir ein ME-Modell für Escherichia coli – ein Modell im Genommaßstab, das Stoffwechsel- und Genprodukt-Expressionspfade nahtlos integriert. Das Modell berechnet \textasciitilde 80\% des funktionellen Proteoms (nach Masse), das die Zelle verwendet, um unter gegebenen Bedingungen Wachstum zu unterstützen. Stoffwechsel und Genexpression sind voneinander abhängige Prozesse, die sich gegenseitig beeinflussen und beschränken. Wir formalisieren diese Beschränkungen und wenden das Prinzip der Wachstumsoptimierung an, um die genaue Vorhersage von Phänotypen auf mehreren Skalen zu ermöglichen, von grobgranuliert (Wachstumsrate, Nährstoffaufnahme, Ausscheidung von Nebenprodukten) bis hin zu feingranuliert (metabolische Flüsse, Genexpressionsniveaus). Unsere Ergebnisse vereinen viele bestehende Prinzipien, die entwickelt wurden, um das bakterielle Wachstum zu beschreiben.",
    url = "https://doi.org/10.1038/msb.2013.52",
    doi = "10.1038/msb.2013.52",
    openalex = "W2122860350",
    references = "doi101038msb200982"
}

Bakterien müssen ihr Wachstum ständig an Veränderungen der Nährstoffverfügbarkeit anpassen; dennoch verbinden einfache Wachstumsgesetze trotz großflächiger Änderungen der Proteinexpression, die mit der Wahrnehmung, Anpassung und Verarbeitung unterschiedlicher Umwelt-Nährstoffe verbunden sind, die Ribosomen-Menge und die Wachstumsrate. Hier untersuchen wir den Ursprung dieser Wachstumsgesetze, indem wir die Merkmale der ribosomalen Regulation analysieren, die proteomweite Expressionsänderungen mit dem Zellwachstum unter verschiedenen Nährstoffbedingungen im Modellorganismus Escherichia coli koordinieren. Wir identifizieren die versorgungsgetriebene Feedforward-Aktivierung der Ribosomenprotein-Synthese als das Schlüsselregulationsmotiv, das den Aminosäurefluss maximiert und eine Zelle autonom dazu führt, in verschiedenen Umgebungen optimales Wachstum zu erreichen. Die Wachstumsgesetze entstehen natürlich aus der robusten Regulationsstrategie, die der Wachstumsratenkontrolle zugrunde liegt, unabhängig von den Details der molekularen Implementierung. Die Studie hebt die Wechselwirkung zwischen phänomenologischer Modellierung und molekularen Mechanismen hervor, um fundamentale Betriebsbeschränkungen aufzudecken, mit Implikationen für die endogene und synthetische Gestaltung von Mikroorganismen.

@article{doi1015252msb20145379,
    author = "Scott, Matthew P. und Klumpp, Stefan und Mateescu, Eduard M. und Hwa, Terence",
    title = "Entstehung robuster Wachstumsgesetze aus der optimalen Regulation der Ribosomen-Synthese",
    year = "2014",
    journal = "Molecular Systems Biology",
    abstract = "Bakterien müssen ihr Wachstum ständig an Veränderungen der Nährstoffverfügbarkeit anpassen; dennoch verbinden einfache Wachstumsgesetze trotz großflächiger Änderungen der Proteinexpression, die mit der Wahrnehmung, Anpassung und Verarbeitung unterschiedlicher Umwelt-Nährstoffe verbunden sind, die Ribosomen-Menge und die Wachstumsrate. Hier untersuchen wir den Ursprung dieser Wachstumsgesetze, indem wir die Merkmale der ribosomalen Regulation analysieren, die proteomweite Expressionsänderungen mit dem Zellwachstum unter verschiedenen Nährstoffbedingungen im Modellorganismus Escherichia coli koordinieren. Wir identifizieren die versorgungsgetriebene Feedforward-Aktivierung der Ribosomenprotein-Synthese als das Schlüsselregulationsmotiv, das den Aminosäurefluss maximiert und eine Zelle autonom dazu führt, in verschiedenen Umgebungen optimales Wachstum zu erreichen. Die Wachstumsgesetze entstehen natürlich aus der robusten Regulationsstrategie, die der Wachstumsratenkontrolle zugrunde liegt, unabhängig von den Details der molekularen Implementierung. Die Studie hebt die Wechselwirkung zwischen phänomenologischer Modellierung und molekularen Mechanismen hervor, um fundamentale Betriebsbeschränkungen aufzudecken, mit Implikationen für die endogene und synthetische Gestaltung von Mikroorganismen.",
    url = "https://doi.org/10.15252/msb.20145379",
    doi = "10.15252/msb.20145379",
    openalex = "W2111354165",
    references = "doi101038msb200982"
}

Einführung John Tyler Bonner VII 1. Einleitung 2. Über die Größe 3. Die Formen der Zellen 4. Die Formen von Geweben, von Zellaggregaten 5. Über Spicula und spikuläre Skelette 6. Die gleichwinklige Spirale 7. Die Formen von Hörnern und von Zähnen oder Stoßzähnen 8. Über Form und mechanische Effizienz 9. Über die Theorie der Transformationen oder den Vergleich verwandter Formen 10. Nachwort Index.

@book{doi1015159780691183978018,
    author = "Thompson, D’Arcy Wentworth",
    title = "On Growth and Form, 1917",
    year = "2019",
    booktitle = "Princeton University Press eBooks",
    abstract = "Einführung John Tyler Bonner VII 1. Einleitung 2. Über die Größe 3. Die Formen der Zellen 4. Die Formen von Geweben, von Zellaggregaten 5. Über Spicula und spikuläre Skelette 6. Die gleichwinklige Spirale 7. Die Formen von Hörnern und von Zähnen oder Stoßzähnen 8. Über Form und mechanische Effizienz 9. Über die Theorie der Transformationen oder den Vergleich verwandter Formen 10. Nachwort Index.",
    url = "https://doi.org/10.1515/9780691183978-018",
    doi = "10.1515/9780691183978-018",
    openalex = "W2100983000"
}

@incollection{chatterjee2023bioenergetics,
    author = "Chatterjee, Sankar",
    title = "Bioenergetik und primitiver Stoffwechsel",
    year = "2023",
    booktitle = "From Stardust to First Cells",
    url = "https://doi.org/10.1007/978-3-031-23397-5\_7",
    doi = "10.1007/978-3-031-23397-5\_7",
    openalex = "W4386903178",
    pages = "67-74",
    references = "doi101007bf01808115, doi101016jcell201702001, doi101017cbo9780511614736, doi101038355125a0, doi101038nchem2202, doi101093oso97801951175470010001, doi101126science1251653, doi101126science2765311390, doi101126science2815377670, doi1015259780520948952"
}