Stochasticity in Biophysical Systems: Searching, Aging, and Spreading

Summary, in Swedish

Popular Abstract in Swedish

Stokastika effekter är av stor betydelse i många biofysiska system. Evolution, djurs

sökande efter föda, spridning av virusinfektioner och stamcellsdifferentiering, är alla

exempel på processer som på ett eller annat sätt är stokastiska till sin natur. Syftet

med denna avhandling är att undersöka de verktyg som ofta används för att kvantifiera

slumpmässighet i naturen och applicera dessa verktyg på ett antal biofysiska system.

I våra artiklar har vi ett starkt fokus på två områden: single–file diffusion (SFD) och

epidemiologi.

I ett SFD-system tillåts partiklar i en endimensionell kanal diffusera men partiklarna

kan inte passera varandra; partiklarna behåller med andra ord sin ordning för alla

tider. SFD-processer är av särskild relevans i biologin, till exempel används SFD

ofta som en abstrakt representation av många proteiners rörelse på DNA, vilket

också är motivationen för de två första artiklarna i denna avhandling. I Artikel I

analyserar vi first passage time density (FPTD)1 för en given partikel i homogena

och heterogena SFD-system och hur de länkar till icke-Markovsk Brownsk rörelse.

I Artikel II utökar vi modellen för att tillåta grann-partiklarna att binda till och

lossna från det endimensionella systemet med givna reaktionshastigheter och vi

undersöker hur detta påverkar FPTD. Artikel III liknar den första, men partiklarna

är alla funktionaliserade; deras väntetid mellan hopp tas från en potenslag, inte en

exponentiell sannolikhetsdensitet (som i artikel I och II). Genom ett enkelt argument

analyserar vi dynamiken, samt beskriver en mikroskopisk mekanism för mycket långsam

dynamik i vissa fysikaliska system.

I det andra området, Artikel IV, utforskar vi stokastisk spridning av virus på

metapopulationer. Vi introducerar en störningsteoretisk analysmetod (i ett område

mättat med numeriska metoder) för att kvantifiera spridningen av ett susceptible-

infected-susceptible-virus (SIS; mottaglig-infekterad-mottaglig) på ett nätverk av stora

befolkningar, anslutna via en kopplingsmatris.

• Författare: Lloyd Sanders
• Avdelning/ar: Beräkningsbiologi och biologisk fysik - Har omorganiserats
• Publiceringsår: 2014
• Språk: Engelska
• Dokumenttyp: Doktorsavhandling
• Förlag: Department of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University
• Ämne: Biophysics
• Nyckelord: Anomalous diffusion; Single-file; Markov process; Epidemiology; First Passage Time
• Status: Published
• Handledare: Tobias Ambjörnsson
• ISBN/ISSN/Övrigt: ISBN: 978-91-7473-815-5
• Försvarsdatum: 21 februari 2014
• Försvarstid: 13:15
• Försvarsplats: Lundmarkshalen
• Opponent: Bernhard Mehlig (Professor)