Chemical Organization Theory Applied to Virus Dynamics (Theorie chemischer Organisationen angewendet auf Infektionsmodelle)
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Naoki Matsumaru
Summary
Chemical organization theory has been proposed to provide a new perspective to study complex dynamical reaction networks. It decomposes a reaction network into overlapping sub-networks called organizations. An organization is an algebraically closed and self-maintaining set of molecular species. The set of organizations form a hierarchical “organizational structure”, which is here a lattice. In order to evaluate the usefulness of this approach we apply the theory to five models of immune response to HIV infection. We found four different lattices of organizations, which can be used as a first classification of the models. Furthermore, each organization found can be assigned to a functional state of the system. And finally, the lattice of organizations can be used to explain a treatment strategy on a more abstract level, i. e., as a movement from one organization into another.
Zusammenfassung
Die Theorie chemischer Organisationen eröffnet einen neuen Weg, um komplexe dynamische Reaktionsnetzwerke zu analysieren. Dazu wird das Netzwerk in überlappende Teile, Organisationen genannt, zerlegt. Eine Organisation ist eine bezüglich der Reaktionsregeln algebraisch abgeschlossene und selbst-erhaltende Menge molekularer Spezies. Die Menge aller Organisationen eines Systems bildet eine hierarchische „Organisationsstruktur“. Um die Nützlichkeit diese Ansatzes zu bewerten, haben wir fünf Modelle der Immunantwort bei HIV-Infektion untersucht. Dabei haben wir vier verschiedene Organisationsstrukturen gefunden, die zur Klassifikation der Modelle und ihrem potenziellen Verhalten verwendet werden können. Jeder gefundenen Organisation konnte ein Systemzustand zugeordnet werden. Ferner kann die Organisationsstruktur dazu verwendet werden, eine Medikationsstrategie auf einer abstrakteren Ebene zu erklären, nämlich als Bewegung von einer Organisation in eine andere.
© Oldenbourg Verlag
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