كاربرد الگوريتم محاسباتي OptKnock براي رشد و توليد محصول در يك ميكروارگانيسم نمونه و تحليل فلاكس‌هاي متابوليكي

كارشناسي ارشد

در دهه‌هاي اخير، بكارگيري الگوريتم‌هاي محاسباتي براي آناليز و پيش‌بيني رفتار مدل‌هاي متابوليكي توسعه عملكرد سيستم‌هاي زيستي را امكان¬پذير نموده است. در اين پژوهش از الگوريتم حذف ژن OptKnock براي بهينه سازي همزمان رشد و توليد محصول در باكتري نمونه اشرشيا كلي با مدل مقياس ژنوم iJO1366 شامل 95 واكنش، 72 متابوليت و 137 ژن استفاده شده است. ابتدا، با استفاده از آناليز فلاكس متابوليك اثر منابع مختلف كربني (گلوكز، استات و پيروات) و نيتروژني (آمونيوم و نيترات) و همچنين اثر محدويت اكسيژن بر رشد ميكروارگانيسم بصورت جداگانه بررسي شد. نتايج نشان دهنده حداكثر رشد با استفاده از گلوكز و آمونيوم بدون محدوديت در اكسيژن مي¬باشد. همچنين 10 ژن كشنده شناسايي گرديد كه به صورت تك و يا جفت با هر ژن ديگر منجر به توقف رشد ميكروارگانيسم مي‌شوند. در مرحله بعد با استفاده از الگوريتم OptKnock استراتژي‌هاي مختلف حذف ژن (دو، سه و چهار ژن) براي بهينه سازي همزمان توليد محصول (لاكتات، اتانول و ساكسينات) و رشد مورد بررسي قرار گرفت. توليد لاكتات با حذف 4 ژن GLUN، ME1، PDH و PTAr به 98.7% ماكزيمم تئوري، توليد اتانول با حذف 3 ژن ADK1، ME1 و SUCOAS به 92.4% ماكزيمم تئوري و توليد ساكسينات با حذف 3 ژن PFL، PYK و TKT2 به64.67% ماكزيمم تئوري خود رسيدند. استراتژي‌هاي مختلف حذف ژن بدست آمده در اين تحقيق مشابه نتايج تجربي در مقالات گذشته ميباشد. واژه‌هاي كليدي: مدل متابوليكي مقياس ژنوم، آناليز موازنه فلاكس (FBA)، حذف ژن، توليد محصول، الگوريتم OptKnock، اشرشيا كلي (E. coli)

192251

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر فرشته نعيم پور