MVEX01-21-03 Från molekyl till kroppen: En multi-level Matematisk modell av energi och metabolism under träning

​Samspelet mellan signalvägar inducerade av näringsämnen (t.ex. glukos och kväve) och metabolism spelar en viktig roll för att upprätthålla energihomeostas i eukaryota celler. Följaktigen har funktionsfel i detta samspel har kopplats till flertalet olika mänskliga sjukdomar såsom fetma, typ 2-diabetes, cancer och neurologiska störningar \cite{Uluseker2018}. I detta projekt kommer standardmetodiken inom systembiologi, att användas för att förstå hur kroppen upphäller rätt energibalans under lagom intensitets träning. Ni kommer att bygga en multi-level modell som simulerar samverkan mellan glukosmetabolism och hormoner som insulin, och optimera upptag av energi för att höja prestationen.

Det övergripande syftet med projektet är att introducera studenterna till den klassiska cykliska modelleringsprocessen inom systembiologi \cite{VanRiel2006}. Den första delen innefattar en omfattande litteratursökning följt av att konstruera dynamiska modeller bestående av ordinära differentialekvationer, förkortat ODE’s, genom att använda sig av massverkans lag. Det kan också bli relevant att använda non-linear mixed effect metodik för att modellera variabilitet mellan individer \cite{Persson2020d}. Den andra delen av projektet kommer bestå av att undersöka de tillåtna värdena för de ingående kinetiska hastighetskonstanterna i syfte att förenkla parameteruppskattningsproceduren vilket innefattar att lösa ett optimeringsproblem. För det tredje skall studenterna simulera de framtagna ODE-modellerna och utföra känslighetsanalys. Projektet innefattar en hel del programmering, och programmeringspråket som kommer användas i projektet är Python (vid intresse kan även Julia användas). Inga förkunskaper om Python krävs dock, då en introduktion till Python kommer ges. Ytterligare kommer studenterna bli introducerade till hur man sätter upp en effektiv, och i längden reproducerbar, projekt-struktur (mapp-struktur) för ett computational project. Och kanske hjälper detta projekt dig att springa ett nytt personligt rekord på nästa Göteborgsvarvet?
Referenser:
[1] Uluseker C, Simoni G, Marchetti L, Dauriz M, Matone A, Priami C. A closed-loop multilevel
model of glucose homeostasis. PLoS ONE. 2018 feb;13(2):e0190627. Available from:
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0190627.
[2] van Riel NAW. Dynamic modelling and analysis of biochemical networks: Mechanism-based
models and model-based experiments. Oxford Academic; 2006. Available from: https://
academic.oup.com/bib/article/7/4/364/184297.
[3] Persson S, Welkenhuysen N, Shashkova S, Cvijovic M. Fine-Tuning of Energy Levels Regulates
SUC2 via a SNF1-Dependent Feedback Loop. Frontiers in Physiology. 2020 aug;11:954. Available
from: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fphys.2020.00954/full.

Projektkod MVEX01-21-03
Gruppstorlek 3-4 studenter
Målgrupp Chalmersstudenter på Bioteknikprogrammet, Teknisk matematik och Teknisk fysik samt GU-studenter. För GU-studenter räknas projektet som ett projekt i Tillämpad matematik (MMG900/MMG920).
Projektspecifika förkunskapskrav
Inledande cell- och molekylärbiologi. Inledande programmering i exempelvis Matlab.
Se respektive kursplan för allmänna förkunskapskrav. Utöver de allmänna förkunskapskraven i MVEX01 ska Chalmersstudenter ha avklarat kurser i en- och flervariabelanalys, linjär algebra och matematisk statistik.
Handledare Marija Cvijovic, Sebastian Persson, Niek Welkenhuysen
Examinator Maria Roginskaya, Ulla Dinger
Institution Matematiska vetenskaper

Publicerad: ti 20 okt 2020.