Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Microbiële processen spelen een belangrijke rol in het dagelijks leven. Voorbeelden hiervan zijn tal van toepassingen in de industrie, zoals bijvoorbeeld in de voedingsindustrie en in de industriële biotechnologie, maar ook ziektes die veroorzaakt worden door pathogene micro-organismen. Het wiskundig modelleren van microbiële processen kan leiden tot een beter begrip van deze processen, en een beter begrip leidt dan weer tot vooruitgang. Wiskundige modellen zijn ook een belangrijk hulpmiddel in wetenschappelijk onderzoek en in de industrie, bijvoorbeeld voor experimentontwerp en procesontwerp, -optimalisering en -regeling. De algemene doelstelling van het onderzoek voorgesteld in deze doctoraatsthesis is het ontwikkelen van wiskundige modellen voor microbiële processen die leiden tot nauwkeurige voorspellingen en een beter inzicht in het process. Er worden twee gevalstudies bestudeerd. In de eerste gevalstudie is een model ontwikkeld voor groei, overflow-metabolisme en AI-2 quorum sensing van Salmonella Typhimurium op basis van informatieve experimenten en concepten van systeembiologie. Experimentele waarnemingen en mechanistische kennis zijn gecombineerd in een eenvoudig gestructureerd model dat de belangrijkste biochemische reacties beschrijft die de macroscopische waarnemingen kunnen verklaren. De tweede gevalstudie focust op het ontwerp van informatieve experimenten voor nauwkeurige en unieke schatting van microbiële kinetiekparameters. Er wordt aangetoond hoe een theoretisch optimaal experiment vertaald kan worden naar een praktisch realiseerbaar, robuust en informatief experiment. De ontwerpstrategie is toegepast en gevalideerd voor de schatting van de groeiparameters van Azospirillum brasilense . De voorgestelde resultaten zijn gebaseerd op concepten uit de systeembiologie en op informatieve experimenten met aandacht voor praktische haalbaarheid. Algemeen kan besloten worden dat de voorgestelde resultaten bijdragen tot de ontwikkeling van nauwkeurige modellen voor microbiële processen. Microbial processes play an important role in daily life. Examples range from industrial applications in, e.g., food industry and biotechnology, to diseases caused by human pathogens. Mathematical modeling of microbial processes leads to an improved understanding of bioprocesses and understanding is the basis for progress. Mathematical models are also a vehicle in research and industry for, e.g., experiment design, process design, optimization and control. This dissertation focuses on model development for microbial dynamics, in this particular case to provide accurate predictions of the system and to gain insight in microbial processes. Two case studies have been worked out. The first case study considers the modeling of diauxic growth, overflow metabolism and AI-2 cell-cell communication of Salmonella Typhimurium based on informative experiments and systems biology concepts. Experimental observations and mechanistic knowledge are combined in a simple structured model which reflects the main biochemical reactions behind the observed behavior. The second case study considers the design of optimal experiments for accurate and unique parameter estimation for microbial kinetics. It is illustrated how a theoretical optimal design can be successfully translated into a practically feasible, robust and informative experiment. The design approach is applied and validated for the estimation of the growth kinetics of Azospirillum brasilense . The presented results are based on a systems approach and informative experiments with strong emphasis on practical feasibility. Overall, this doctoral research contributes to the development of accurate models for microbial processes. Microbiële processen spelen een belangrijke rol in ons dagelijks leven. Voorbeelden hiervan zijn toepassingen in de industrie, zoals bijvoorbeeld fermentaties in de voedingsindustrie en de ontwikkeling van geneesmiddelen in de farmaceutische industrie, maar ook ziektes die veroorzaakt worden door pathogene micro-organismen. Dit doctoraatsonderzoek focust op de ontwikkeling van wiskundige modellen voor het beschrijven van microbiële processen. Een wiskundig model is een abstracte beschrijving van een reëel systeem, in dit geval een microbieel proces, met behulp van wiskundige taal. Het is een vereenvoudigde voorstelling van de realiteit. Wiskundige modellen kunnen leiden tot een beter begrip van deze processen, en een beter begrip leidt dan weer tot vooruitgang. Wiskundige modellen zijn ook een belangrijk hulpmiddel in wetenschappelijk onderzoek en in de industrie, bijvoorbeeld voor experimentontwerp en procesontwerp, -optimalisering en -regeling. In dit doctoraatsonderzoek is gewerkt rond verschillende aspecten van de modelleercyclus aan de hand van twee gevalstudies. De eerste gevalstudie is gericht op de ontwikkeling van een model voor groei en cel-celcommunicatie van de voedselpathogeen Salmonella Typhimurium. Op basis van informatieve bioreactorexperimenten en concepten van systeembiologie is een eenvoudig gestructureerd model ontwikkeld dat de belangrijkste biochemische reacties omvat en zo de macroscopische waarnemingen kan verklaren. De tweede gevalstudie focust op optimaal experimentontwerp voor parameterschatting. Dit wil zeggen dat experimenten zo ontworpen worden dat uit een minimaal aantal experimenten een maximum aan informatie, in dit geval met betrekking tot parameterschatting, kan gehaald worden. De werkwijze wordt geïllustreerd voor het schatten van groeiparameters voor de stikstoffixerende bacterie Azospirillum brasilense . De voorgestelde resultaten zijn gebaseerd op concepten uit de systeembiologie en op informatieve experimenten met aandacht voor praktische haalbaarheid. Algemeen kan besloten worden dat de voorgestelde resultaten bijdragen tot de ontwikkeling van nauwkeurige modellen voor microbiële processen.