Camile Fraga Delfino Kunz verteidigte heute erfolgreich ihre Doktorarbeit in Bioinformatik an der Goethe-Universität Frankfurt. In ihrer Arbeit bei FIAS-Fellow Franziska Matthäus untersuchte sie, wie komplexe biologische Muster – wie sie beispielsweise der Bildung von Haarfollikeln und Federknospen zugrunde liegen – aus dem Zusammenspiel zweier grundlegender Mechanismen entstehen: diffusionsgetriebene Instabilität und Chemotaxis. Während jeder dieser Prozesse unabhängig voneinander räumliche Strukturen erzeugen kann, konzentrierte sich ihre Arbeit darauf, aufzudecken, welche neuen Verhaltensweisen entstehen, wenn beide Mechanismen in einem einzigen mathematischen Modell gekoppelt werden.

Mithilfe analytischer Techniken und numerischer Simulationen zeigte Kunz, dass das Zusammenspiel zwischen Reaktions-Diffusions-Dynamik und gerichteter Zellbewegung zu vielfältigen und manchmal unerwarteten Effekten führt. Die Kopplung erhöht im Allgemeinen die Robustheit der Musterbildung, indem sie den Parameterbereich vergrößert, in dem Muster entstehen können. Gleichzeitig können stärkere chemotaktische Reaktionen den Musterbildungsprozess beschleunigen, allerdings oft auf Kosten der räumlichen Regelmäßigkeit. Bemerkenswert ist, dass das kombinierte System sogar in Parameterbereichen Muster erzeugen kann, in denen keiner der beiden Mechanismen allein ausreichend wäre, während unter bestimmten Bedingungen die Wechselwirkung die Musterbildung auch unterdrücken kann.

Kunz' Arbeit liefert einen systematischen mathematischen Rahmen für das Verständnis gekoppelter musterbildender Systeme und trägt dazu bei, eine Brücke zwischen theoretischer Modellierung und experimentellen Erkenntnissen in der Entwicklungsbiologie zu schlagen.

Kunz ist seit Februar Assistenz-Professorin an der Universidade do Estado de Minas Gerais (Brasilien). Sie plant, weiterhin im Hochschulbereich zu lehren, Forschungsstudierende zu betreuen und strebt in Zukunft eine Postdoc-Stelle an.

Veröffentlichung:

Fraga Delfino Kunz, C., Gerisch, A., Glover, J., Headon, D., Painter, K. J. und Matthäus, F. Novel Aspects in Pattern Formation Arise from Coupling Turing Reaction-Diffusion and Chemotaxis. Bulletin of Mathematical Biology, 2023, 86(4): 1–37.