FWF - CellTrans - Computersimulation des vesikulären Zelltransports

Die enorme Komplexität des Membranaufbaus und das hohe Niveau der Organisation von Transportprozessen sind zwei wesentliche Eigenschaften eukaryotischer Zellen. Die Bewegung der Vesikel zu ihren diversen intra- und extrazellularen Zielen ist überraschend gut koordiniert. Das zeigen verschiedene Beispiele, wie die Lösung von Neurotransmittern innerhalb der präsynaptischen Bereiche der Nervenzellen, und der Transport von Insulin zur Zelloberfläche. Die Hauptidee des Projektes ist Ergebnisse von biomedizinischen Untersuchungen mit mechano-mathematischen Modellen und einer hoch effizienten Software zu koppeln, um solche Prozesse, insbesondere den vesikulären Transport, zu simulieren. Die Ergebnisse sollen eine Brücke zwischen theoretischen Untersuchungen und der medizinischen Praxis aufbauen, um die derzeitigen Kenntnisse über verschiedene Krankheiten zu erweitern. Einzelne Etappen des Projektes fokussieren auf die Modellierung der einzelnen Phasen des Transports. Die Hauptthemen sind dabei Bildung und Aufbau eines Vesikels, das Navigieren zu seinem Zielort, die Fusion mit einer Organelle und schließlich die Lieferung der „Fracht“. Um diese Schritte zu modellieren, werden verschiedene Methoden angewendet, wobei drei Strategien das Grundgerüst bilden: die Theorie der Lipid-Doppelschicht-Membran, die Homogenisierungsmethode und die Diffusionstheorie. Die ausgesuchten Strategien werden zusätzlich mit modernen numerischen Verfahren, wie der Finite-Elemente-Methode und der mehrskalen Finite-Elemente-Methode kombiniert. Die Modellierung von einzelnen Phasen des Transports ermöglicht die Simulation des gesamten Prozesses und die Untersuchung des Einflusses verschiedener Faktoren auf den Ablauf. Auf die Art und Weise soll das Projekt einen weiteren wesentlichen Schritt, von der „statischen“ Simulation der einzelnen Organellen und ihren Aktivitäten zur “dynamischen“ Simulation der reellen Prozesse in lebenden Zellen, beitragen.