title: Physical aspects of bacterial cell division
title: Physikalische Aspekte bakterieller Zellteilungsprozesse
Creators: name: Schmidt, Mischa
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Zellteilung
Zell zu Zell Variationen
Caulobacter crescentus
Phänotyp
Biowissenschaften, Biologie
Escherichia coli
Cellular noise
Fluctuating environment
Fluktuierende Umweltbedingungen

description: Das Wachstum einer
      Bakterienpopulation wird bestimmt durch das Wachstum und die
      Zellteilung der einzelnen Zellen innerhalb einer Population.
      Da bei jeder Zellteilung zwei neue Zellen entstehen, ist das
      Wachstum einer Population exponentiell. Die Eigenschaften von
      Populationen können als Mittelwerte über die Eigenschaften
      aller einzelnen Zellen verstanden werden. Da eine Population
      aus sehr vielen einzelnen Zellen besteht, sind unter gleichen
      Bedingungen auch die Mittelwerte und damit die
      Populationseigenschaften immer gleich. Auf Einzelzellebene
      allerdings existieren Variationen zwischen den einzelnen
      Zellen. Zahlreiche aktuelle Untersuchungen zeigen, wie stark
      gewisse Eigenschaften innerhalb einer Population variieren
      können. Manche Bakterien haben Mechanismen entwickelt, um zu
      starke Fluktuationen zwischen den Zellen zu vermeiden. So
      wurde beobachtet, dass einige Zelleigenschaften stärker
      schwanken als andere. Zum Bespiel ist der Ort der Zellteilung
      sehr präzise reguliert, andere Wachstumseigenschaften
      hingegen verhalten sich sehr divers. Daraus ergibt sich die
      Frage, welchen Einfluss Fluktuationen auf Einzelzellebene
      unter verschiedenen Bedingungen auf die gesamte Population
      haben. In dieser Arbeit werden Eigenschaften und Strategien
      im Zusammenhang mit Zellteilungsprozessen von Bakterien
      diskutiert. In den untersuchten biologischen Systemen wird
      das makroskopische Verhalten einer Population von den
      Eigenschaften der Zellen auf mikroskopischer Ebene bestimmt.
      Zunächst werden Mechanismen mit denen eine einzelne Zelle den
      Ort ihrer eigenen Teilung festlegen kann untersucht. Die
      Position, an der die Teilung erfolgt, wird von speziellen
      Proteinen kontrolliert. Die Simulation der Diffusion und der
      Reaktionen einzelner Proteine in der Zelle lassen
      Rückschlüsse auf das Verhalten auf zellulärer Ebene zu. Im
      Anschluss wird die Population als Ganzes betrachtet. Hier
      wird das Wachstumsverhalten der Population aus dem Wachstum
      und der Teilung ihrer Zellen abgeleitet.
description: The growth behavior of a bacterial
      population is determined by the growth and the division of
      its individual cells. The properties of the population can be
      understood as ensemble averages over the properties of the
      single cells. At the same environmental conditions, these
      averages have sharp values and exhibit minimal variation
      between different measurements. However, on the single cell
      level many biological processes, such as gene expression, are
      intrinsically noisy. This leads to strong deviations in
      composition and properties of individual cells belonging to
      the same population. Recent experimental findings classify
      the magnitude of these single cell variations, and show that
      some cellular properties are influenced more by noise than
      others. For example, the positioning of cell division is very
      precise compared to other growth properties, which are very
      diverse. This leads to the question if the population can
      draw advantages from manually regulating the noise under the
      respective conditions. To answer this question the influence
      of single cell noise on the population as a whole has to be
      observed. In this thesis, properties and strategies related
      to bacterial growth and division are discussed. In the
      observed biological systems, macroscopic properties are
      deduced from individual properties on the microscopic level.
      First, the mechanisms are observed that cells use to
      determine the position of cell division on a molecular level.
      The simulation of diffusion and reactions of individual
      proteins determines the behavior on the cellular level.
      Secondly, the growth of the whole bacterial population is
      simulated by following the growth and division of single
      cells. In both systems, the influence of microscopic
      fluctuations on the complete system is discussed.