آناليز ديناميك فلاكس هاي متابوليكي

كارشناسي ارشد

در دهه‌هاي اخير بهبود عملكرد سيستم‌هاي زيستي با استفاده از مدل‌هاي متابوليكي حاوي جزئيات متابوليسم سلولي امكان‌پذير شده است. در اين پژوهش با استفاده از شبكه متابوليكي مقياس ژنوم iJO1366 شامل 1366 ژن، 2251 واكنش متابوليكي و 1136 متابوليت منحصربه‌فرد براي باكتري اشرشياكولاي (باسيل گرم منفي، بي‌هوازي اختياري و قادر به توليد طيف متنوعي از محصولات به‌عنوان ميكروارگانيسم نمونه)، مدل‌سازي رشد و توليد محصول بر اساس آناليز ديناميك فلاكس‌هاي متابوليكي انجام شد. مدل با بهره‌گيري از نرم‌افزار Matlab و با استفاده از سيستم نشانه‌گذاري زيست‌شناسي سامانه‌اي (SBML) و همچنين با به‌كارگيري مجموعه نرم‌افزارهاي TOOLBOXCOBRA و GLPK (حل‌كننده برنامه‌ريزي خطي GNU) حل شد. آزمايش‌هاي رايانه‌اي با استفاده از داده‌هاي تجربي ارائه‌شده در مقالات، براي محيط كشت‌هايي با منبع كربني گلوكز يا استات در شرايط هوازي يا بي‌هوازي و براي سويه وحشي باكتري اي‌كولاي و سويه‌هاي با حذف ژن‌هاي acs،pta يا ldhA انجام شد و نتايج ديناميك فلاكس‌ها با نتايج تجربي مقايسه شد. براي بررسي صحت مدل در چندين مورد نتايج استاتيكي به‌دست‌آمده نيز با نتايج تجربي مقايسه شد. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان داد كه علي‌رغم وجود تفاوت بين مقادير تجربي و پيش‌بيني شده در تمام موارد روند تغييرات غلظت‌هاي توده سلولي و محصولات با زمان با نتايج تجربي مطابقت دارد. منبع كربني گلوكز نسبت به استات در تمامي موارد منجر به مقادير محاسبه‌شده بيشتري شده است. در شرايط هوازي نسبت به بي‌هوازي در تمام موارد مصرف گلوكز بسيار سريع‌تر بوده و رشد سلولي و بيشينه توليد زيست‌توده نيز بيشتر است. اتانول، فورمات و استات در كليه آزمايش‌ها به‌عنوان محصول توليد شده است درحالي‌كه در آزمايش‌هاي بي‌هوازي، ساكسينات نيز به‌عنوان محصول اضافي توسط مدل پيش‌بيني‌شده است كه با نتايج تجربي هم‌خواني دارد. حذف ژن‌هاي acs و pta بر مقدار زيست‌توده دركشت هوازي بر روي گلوكز و استات تأثيرگذار بود درحالي‌كه تأثير چنداني بر زمان رسيدن به بيشينه زيست‌توده نداشت. با توجه به توفيق مدل مذكور در پيش‌بيني روند توليد زيست‌توده و محصولات، مي‌توان از آناليز فلاكس ديناميكي براي پيش‌بيني روند رفتاري ديگر باكتري‌ها نيز استفاده نمود. واژه‌هاي كليدي: آناليز ديناميك فلاكس متابوليكي، مدل متابوليكي مقياس ژنوم، حذف ژن، اشرشياكولاي.

189260

دانشگاه علم و صنعت ايران

بيوتكنولوژي

دكتر فرشته نعيم پور