Ferdinand-von-Lindemann-Preis 2010

Franz Baumdicker

[Bild Franz Baumdicker] Herr Franz Baumdicker erhält den Ferdinand-von-Lindemann-Preis 2010 für seine Diplomarbeit "Mathematical population genomics of bacteria: a neutral theory". Die Arbeit stellt ein neues mathematisches Model, das Infinitely Many Genes Model, vor. Mit Hilfe zufälliger Bäume und poissonverteilter Ereignisse werden in diesem Modell Aussagen über den Genpool einer solchen Population getroffen.

Das mathematische Gebiet der Populationsgenetik versucht die biologische Diversität einer Population und ihre Veränderung über die Zeit zu erklären. Im Wright-Fisher Modell, das die Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb einer Population beschreibt, erhält man für große Populationsgrößen einen stochastischen Stammbaum als Grenzobjekt, den Kingman coalescent. In Anlehnung an das Infinitely Many Sites Model, das die Variation in DNA-Sequenzen, anhand von Mutationen entlang der Äste dieses Baums, beschreibt, wurde das Infinitely Many Genes Model eingeführt. Gene die ein Individuum trägt müssen nicht zwangsläufig in allen Individuen vorhanden sein. Dadurch können sich die Genome einzelner Individuen unterscheiden. Dies bedeutet, dass manche Gene von Generation zu Generation gewonnen oder verloren werden können. Das Modell besteht neben dem zufälligen Baum, aus den zwei Mechanismen des Gengewinns und Verlusts. Entlang der Ahnenlinien des Kingman coalescent werden neue Gene aus der Umgebung mit konstanter Rate aufgenommen (horizontaler Genfluss). Jedes vorhandene Gen wird wiederum mit konstanter Rate verloren, z.B. durch schädliche Mutationen. Mit Methoden der Diffusionstheorie und Kombinatorik wurden in dem Modell Formeln für verschiedene Statistiken und Kenngrößen bewiesen: Die mittlere Genomgröße, die erwartete Anzahl unterschiedlicher Gene zwischen zwei Individuen, die Anzahl inkongruenter Genpaare, sowie die Gesamtgröße des Genpools und das Genfrequenzspektrum. In Kooperation mit Prof. W. Hess wurde gezeigt, dass dieses Modell plausible Werte für Genfrequenzdaten aus Prochlorococcus-Stämmen (Cyanobakterien) erzeugt und zum Verständnis evolutionärer Mechanismen beitragen kann.