Stoffwechselmodellierung und Flussanalyse

Mathematische Prozessmodelle sind ein wichtiger Grundpfeiler für die Analyse, Optimierung und robuste Führung von Bioprozessen. Insbesondere hat die Modellierung des Stoffwechsels dabei einen hohen Stellenwert. Für eine umfassende Beschreibung der Prozesse sind detaillierte Teilmodelle für das Stoffwechselnetzwerk, die Kinetik der beteiligten Reaktionen und die Stoffwechselregulation erforderlich. Bei der Entwicklung der Stoffwechselmodelle kommen Methoden der Metabolischen Stoffflussanalyse in Kombination mit Algorithmen zur Ermittlung von Elementarflussmoden zum Einsatz. Darauf aufbauend erfolgt für geschwindigkeitsbegrenzende Reaktionen eine Erweiterung der Modelle zur Beschreibung der Stoffwechselkinetik und der Dynamik der Stoffwechselregulation. Besonders effizient sind hierbei häufig kybernetische Ansätze, die von einer optimalen Koordination des Stoffwechsels ausgehen. Es wurden bisher erfolgreich Modelle u. A. für die Kultivierung von Backefe, Escherichia coli, Penicillium sowie tierischen Zellen entwickelt und für die Prozessoptimierung und Prozessführung eingesetzt.