Dynamics of complex reaction networks in enzyme reactors and photobioreactors
Project goals
Proposed research is focused on dynamics of biochemical reactions in vitro and in vivo examined from the viewpoint of oscillations and other emergent phenomena that occur through interaction of subsystems. The first examined system are oscillatory enzyme reactions in a stirred reactor with the aim of explaining experimentally found oscillations as a consequence of interaction of dominant reaction subnetworks. The second type are coupled enzyme reactors where emergent inhomogeneous steady states (Turing structures) are used in constructing logic functions on biochemical basis. Hierarchically most complex is the system of photosynthesizing unicellular organisms in a photobioreactor. Experimentally observed metabolic/ultradian/circadian rhythms will be described as biochemical reaction network and occurrence of oscillations will be examined using stability theory of reaction networks and bifurcation analysis. The main goal is to identify pathways and mechanisms causing the oscillations and other emergent phenomena in the outlined types of reactors and to categorize them.
Keywords
complex reaction mechanismsbiochemical reaction networksdynamical instabilitiesoscillationsenzyme reactorsunicellular photosynthetic organismsphotobioreactorscircadian and metabolic rhythmsemergent phenomenachemical logic gates
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 19 (SGA0201500001)
Main participants
Ústav výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i.
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta chemicko-inženýrskáContest type
VS - Public tender
Contract ID
15-17367S
Alternative language
Project name in Czech
Dynamika složitých reakčních sítí v enzymových reaktorech a fotobioreaktorech
Annotation in Czech
Navrhovaný výzkum je zaměřen na dynamiku biochemických reakcí in vitro a in vivo zkoumaných z pohledu oscilací a jiných emergentních jevů, které vznikají prostřednictvím interakce podsystémů. Prvním typem zkoumaných systémů jsou oscilační enzymové reakce v míchaném reaktoru s cílem vysvětlit experimentálně zjištěné oscilace jako důsledek interakce dominantních reakčních podsítí. Navazujícím systémem jsou propojené enzymové reaktory, v nichž emergentní nehomogenní ustálený stav (Turingova struktura) je využit ke konstrukci logických funkcí na biochemickém základě. Hierarchicky nejsložitějším systémem jsou fotosyntetizující jednobuněčné organismy ve fotobioreaktoru. Experimenálně pozorované metabolické/ultradiální/cirkadiální rytmy budou popsány modelem biochemické reakční sítě a vznik oscilací bude zkoumán prostředky teorie stability reakčních sítí a bifurkační analýzou. Hlavním cílem je identifikace reakčních cest a mechanismů, které způsobují oscilace a jiné emergentní jevy v uvedených typech reaktorů a tyto mechanismy kategorizovat.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
CI - Industrial chemistry and chemical engineering
CEP - secondary branch
BO - Biophysics
CEP - another secondary branch
CF - Physical chemistry and theoretical chemistry
10403 - Physical chemistry
10610 - Biophysics
20401 - Chemical engineering (plants, products)
20402 - Chemical process engineering
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
The project deepened the knowledge in the area of complex regulatory and production mechanisms in photobioreactors by analyzing the reaction networks of the photobiological processes. The original results described in nine publications are consistent with the stated objectives.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2015
Realization period - end
Dec 5, 2018
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 27, 2017
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP19-GA0-GA-U/01:1
Data delivery date
Jun 12, 2019
Finance
Total approved costs
7,283 thou. CZK
Public financial support
7,283 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
7 283 CZK thou.
Public support
7 283 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
CI - Industrial chemistry and chemical engineering
Solution period
01. 01. 2015 - 05. 12. 2018