Využití hybridních Petriho sítí pro simulaci vlivu kyslíku na poškození molekuly DNA ionizujícím zářením

Bc. Václav KALČÍK

Master's thesis

The use of hybrid Petri nets for simulating the effect of oxygen on DNA molecule damage by ionizing radiation

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Keywords

Hybridní Petriho síť, poškození DNA, ionizované záření, radikálový klastr, simulační model, kyslík

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 12. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Mgr. Jiří Barilla, CSc.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Aplikovaná informatika / Applied Informatics