بازسازي و مدل‌سازي شبكه‌ متابوليك تلفيقي از سيانوباكتر براي افزايش توليد سوخت زيستي

Reconstruction and Modeling of Integrated Metabolic Network of a Cyanobacterium to Increase the Production of Biofuels

اهداف: در چند دهه اخير توليد سوخت هاي زيستي يكي از تلاش هاي اميدبخش در عرصه زيست فناوري بوده است. سيانوباكترهاي تك سلولي، ميكروارگانيزم هاي بسيار پراكنده و فتوتروفيكي هستند كه قادرند به عنوان كارخانجات كوچك توليدكننده سوخت هاي زيستي عمل كنند. هدف مطالعه حاضر بازسازي و مدل سازي شبكه متابوليكي تلفيقي از سيانوباكتر به منظور افزايش توليد سوخت زيستي بود.مواد و روش ها: در مطالعه محاسباتي حاضر يك نرم افزار براي ادغام شبكه هاي متابوليكي بازسازي شده، به منظور بهينه سازي و افزايش كارآيي آنها توسعه يافت و به اسم imet نام گذاري شد. ابتدا از imet براي ادغام سه شبكه متابوليكي از قبل بازسازي شده سينكوسيستيس 6803 pcc (synechocystis pcc6803) استفاده شد. در مرحله بعد، شبكه بازسازي شده به دست آمده، براي توليد چهار نوع سوخت زيستي شامل اتانول، پروپانول، بوتانول و ايزوبوتانول مدل سازي شد.يافته ها: مدل جديد ادغام شده 808 واكنش و 560 متابوليت داشت. مقدار فلاكس يا جريان آن در مدل ادغام شده، 0/0295 بر ساعت محاسبه شد. اين عدد نسبت به سه مدل قبلي افزايش قابل توجهي نشان داد. سلول ها تقريباً هر 24ساعت، يك بار تقسيم شدند. ميزان فلاكس چهار نوع الكل و حداكثر بازده تئوري آنها در مدل ادغام شده نسبت به سه مدل قبلي افزايش نشان داد. فلاكس توليد اتانول در تمامي مدل ها از فلاكس سه الكل ديگر بزرگ تر و واكنش هاي توليد اتانول به جريان يا فلاكس مركزي كربن از همه نزديك تر بود.نتيجه گيري: آناليزهاي تعادل جريان افزايش پوشش شبكه متابوليك، افزايش توليد سوخت هاي زيستي و كاهش تعداد واكنش هاي بلوكه شده را در مدل جديد نشان مي دهد و از اين طريق كارآيي نرم افزار توسعه يافته imet اثبات مي شود.

Aims The production of biofuels has been one of the promising efforts in biotechnology in the past decades. Unicellular cyanobacteria are widespread phototrophic microorganisms that can be suitable chassis for production of valuable organic materials like biofuels. The aim of this study was the reconstruction and modeling of integrated metabolic network of a cyanobacterium to increase the production of biofuels. Materials & Methods In the present computational study, a software for integrating reconstructed metabolic networks was developed to optimize and increase their efficiency and was named as iMet. First, iMet was used to integrate the 3 pre-reconstructed metabolic networks of Synechocystis PCC6803. In the next step, the reconstructed network was modeled to produce 4 types of biofuels, including ethanol, propanol, butanol, and isobutanol. Findings The new merged model had 808 reactions and 560 metabolites. The amount of flux or flow in the integrated model was calculated to be 0.0295 hours per hour. This showed a remarkable increase compared to the previous three models. The cells were divided once every 24 hours. The amount of flux of 4 types of alcohol and their maximum theoretical efficiency increased in the integrated model compared to the previous 3 models. The flux of ethanol production was greater in all models than flux of 3 other alcohols, and the ethanol production reactions were closer to the flow or the central flux of carbon. Conclusion The analyses of flow equilibrium in the metabolic network coverage show an increase in the production of biofuels and a decrease in the number of blocked reactions in the new model, thereby the efficiency of the developed iMet software is proved.