Tato diplomová práce zkoumá, za pomoci simulačního modelu vytvořeného v Hybridních Petriho sítích, vliv koncentrace kyslíku v prostředí na poškození DNA vlivem ionizujícího záření.
Využitý simulační model popisuje vztahy mezi jednotlivými prvky za pomoci diferenciálních rovnic, které byly převzaty z odborné literatury. Další parametry byly nastaveny tak, aby výsledky odpovídaly provedeným laboratorním experimentům. Předlohou pro tento model byl simulační model řešící radiolýzu vody za pomoci Spojitých Petriho sítí.
Cílem práce je získat detailní výsledky týkající se vztahu mezi koncentrací kyslíku a počtem jednoduchých zlomů DNA. Dále zkoumá vliv vzdálenosti radikálového klastru od molekuly DNA na míru jejího poškození. Veškeré výsledky simulací musí být v souladu s již provedenými laboratorními testy, čímž se potvrdí správnost simulačního modelu.
Díky validnímu modelu mohl být v rámci této práce simulován vztah mezi vzdáleností radikálového klastru od molekuly DNA a koncentrace kyslíku v prostředí.
Anotace v angličtině
This master's thesis investigates the impact of oxygen concentration in the environment on DNA damage caused by ionizing radiation, utilizing a simulation model created in Hybrid Petri Nets.
The used simulation model describes relationships between individual elements using differential equations sourced from scientific literature. Additional parameters were configured to ensure the results align with conducted laboratory experiments. The model is based on a simulation of water radiolysis using Continuous Petri Nets.
The objective of the study is to attain detailed results of the relationship between oxygen concentration and the count of single-strand DNA breaks. Furthermore, it explores the influence of the distance of the radical cluster from the DNA molecule on the extent of its damage. All simulation outcomes must align with previously conducted laboratory tests, confirming the accuracy of the simulation model.
Thanks to a validated model, this work successfully simulated the relationship between the distance of the radical cluster from the DNA molecule and the oxygen concentration in the environment.
Hybrid Petri nets, DNA damage, ionizing radiation, radical clusters, simulation model, oxygen
Rozsah průvodní práce
53 s. (55 141 znaků)
Jazyk
CZ
Anotace
Tato diplomová práce zkoumá, za pomoci simulačního modelu vytvořeného v Hybridních Petriho sítích, vliv koncentrace kyslíku v prostředí na poškození DNA vlivem ionizujícího záření.
Využitý simulační model popisuje vztahy mezi jednotlivými prvky za pomoci diferenciálních rovnic, které byly převzaty z odborné literatury. Další parametry byly nastaveny tak, aby výsledky odpovídaly provedeným laboratorním experimentům. Předlohou pro tento model byl simulační model řešící radiolýzu vody za pomoci Spojitých Petriho sítí.
Cílem práce je získat detailní výsledky týkající se vztahu mezi koncentrací kyslíku a počtem jednoduchých zlomů DNA. Dále zkoumá vliv vzdálenosti radikálového klastru od molekuly DNA na míru jejího poškození. Veškeré výsledky simulací musí být v souladu s již provedenými laboratorními testy, čímž se potvrdí správnost simulačního modelu.
Díky validnímu modelu mohl být v rámci této práce simulován vztah mezi vzdáleností radikálového klastru od molekuly DNA a koncentrace kyslíku v prostředí.
Anotace v angličtině
This master's thesis investigates the impact of oxygen concentration in the environment on DNA damage caused by ionizing radiation, utilizing a simulation model created in Hybrid Petri Nets.
The used simulation model describes relationships between individual elements using differential equations sourced from scientific literature. Additional parameters were configured to ensure the results align with conducted laboratory experiments. The model is based on a simulation of water radiolysis using Continuous Petri Nets.
The objective of the study is to attain detailed results of the relationship between oxygen concentration and the count of single-strand DNA breaks. Furthermore, it explores the influence of the distance of the radical cluster from the DNA molecule on the extent of its damage. All simulation outcomes must align with previously conducted laboratory tests, confirming the accuracy of the simulation model.
Thanks to a validated model, this work successfully simulated the relationship between the distance of the radical cluster from the DNA molecule and the oxygen concentration in the environment.
Hybrid Petri nets, DNA damage, ionizing radiation, radical clusters, simulation model, oxygen
Zásady pro vypracování
Cílem práce je návrh simulačního modelu, který pomocí hybridních Petriho sítí simuluje poškození molekuly DNA vlivem ionizujícího záření při různých koncentracích kyslíku. Pomocí tohoto modelu bude provedena analýza účinku jednotlivých agresivních radikálů na tvorbu jednoduchých a dvojných zlomů na molekule DNA. Simulační model bude nastaven na základě experimentálních dat.
Osnova:
úvod do problematiky hybridních Petriho sítí
úvod do problematiky jednoduchých a dvojných zlomů DNA vlivem ionizujícího záření
přehled současného stavu problematiky radiobiologického mechanismu poškození DNA
návrh simulačního modelu
kalibrace simulačního modelu na základě experimentálních dat
prezentace výsledků simulací pro různé hodnoty parametrů (koncentrace kyslíku, vzdálenost radikálového clusteru od molekuly DNA)
zhodnocení výsledků s ohledem na přínos pro radiobiologii
Zásady pro vypracování
Cílem práce je návrh simulačního modelu, který pomocí hybridních Petriho sítí simuluje poškození molekuly DNA vlivem ionizujícího záření při různých koncentracích kyslíku. Pomocí tohoto modelu bude provedena analýza účinku jednotlivých agresivních radikálů na tvorbu jednoduchých a dvojných zlomů na molekule DNA. Simulační model bude nastaven na základě experimentálních dat.
Osnova:
úvod do problematiky hybridních Petriho sítí
úvod do problematiky jednoduchých a dvojných zlomů DNA vlivem ionizujícího záření
přehled současného stavu problematiky radiobiologického mechanismu poškození DNA
návrh simulačního modelu
kalibrace simulačního modelu na základě experimentálních dat
prezentace výsledků simulací pro různé hodnoty parametrů (koncentrace kyslíku, vzdálenost radikálového clusteru od molekuly DNA)
zhodnocení výsledků s ohledem na přínos pro radiobiologii
Seznam doporučené literatury
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M., PISAKOVÁ, H., SIMR, P. Using Petri Nets to Model the Chemical Stages of the Radiobiological Mechanism. New York: Nova Science Publishers, Inc., 2017. ISBN 978-1-53612-896-3.
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M. The role of Oxygen in DNA Damage by Ionizing Particles. Journal of Theoretical Biology, 2000, 207(3), 405-414. DOI: 10.1006/jtbi.2000.2188.
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M., PISAKOVÁ, H., SIMR, P. Analytical model of chemical phase and formation of DSB in chromosomes by ionizing radiation. Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine, 2013, 36 (1), 11-17. DOI: 10.1007/s13246-012-0179-4.
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M., PISAKOVÁ, H., SIMR, P. Influence of oxygen on the chemical stage of radiobiological mechanism. Radiation Physics and Chemistry, 2016, 124, 116-123, DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.01.035.
BLOK, J., LOMAN, H. The effects of gamma-radiation in DNA. Current Topics in Radiation Research, 1973, 9(2), 165-245.
DAVID, R., ALLA, H. Discrete, Continuous and Hybrid Petri Nets. Berlin: Springer-Verlag, 2010, 2. vydání. ISBN 978-3-642-10668-2.
Seznam doporučené literatury
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M., PISAKOVÁ, H., SIMR, P. Using Petri Nets to Model the Chemical Stages of the Radiobiological Mechanism. New York: Nova Science Publishers, Inc., 2017. ISBN 978-1-53612-896-3.
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M. The role of Oxygen in DNA Damage by Ionizing Particles. Journal of Theoretical Biology, 2000, 207(3), 405-414. DOI: 10.1006/jtbi.2000.2188.
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M., PISAKOVÁ, H., SIMR, P. Analytical model of chemical phase and formation of DSB in chromosomes by ionizing radiation. Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine, 2013, 36 (1), 11-17. DOI: 10.1007/s13246-012-0179-4.
BARILLA, J., LOKAJÍČEK, M., PISAKOVÁ, H., SIMR, P. Influence of oxygen on the chemical stage of radiobiological mechanism. Radiation Physics and Chemistry, 2016, 124, 116-123, DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.01.035.
BLOK, J., LOMAN, H. The effects of gamma-radiation in DNA. Current Topics in Radiation Research, 1973, 9(2), 165-245.
DAVID, R., ALLA, H. Discrete, Continuous and Hybrid Petri Nets. Berlin: Springer-Verlag, 2010, 2. vydání. ISBN 978-3-642-10668-2.