بازسازی و مدل‌سازی شبکه‌ متابولیک تلفیقی از سیانوباکتر برای افزایش تولید سوخت زیستی

Abstract

اهداف: در چند دهه اخیر تولید سوخت‌های زیستی یکی از تلاش‌های امیدبخش در عرصه زیست‌فناوری بوده است. سیانوباکترهای تک‌سلولی، میکروارگانیزم‌های بسیار پراکنده و فتوتروفیکی هستند که قادرند به‌عنوان کارخانجات کوچک تولیدکننده سوخت‌های زیستی عمل کنند. هدف مطالعه حاضر بازسازی و مدل‌سازی شبکه‌ متابولیکی تلفیقی از سیانوباکتر به‌منظور افزایش تولید سوخت زیستی بود. مواد و روش‌ها: در مطالعه محاسباتی حاضر یک نرم‌افزار برای ادغام شبکه‌های متابولیکی بازسازی‌شده، به‌منظور بهینه‌سازی و افزایش کارآیی آنها توسعه یافت و به اسم iMet نام‌گذاری شد. ابتدا از iMet برای ادغام سه شبکه متابولیکی از قبل بازسازی‌شده سینکوسیستیس ۶۸۰۳ PCC (Synechocystis PCC۶۸۰۳) استفاده شد. در مرحله بعد، شبکه بازسازی‌شده به‌دست‌آمده، برای تولید چهار نوع سوخت زیستی شامل اتانول، پروپانول، بوتانول و ایزوبوتانول مدل‌سازی شد. یافته‌ها: مدل جدید ادغام‌شده ۸۰۸ واکنش و ۵۶۰ متابولیت داشت. مقدار فلاکس یا جریان آن در مدل ادغام‌شده، ۰۲۹۵/۰ بر ساعت محاسبه شد. این عدد نسبت به سه مدل قبلی افزایش قابل توجهی نشان ‌داد. سلول‌ها تقریباً هر ۲۴ساعت، یک‌بار تقسیم شدند. میزان فلاکس چهار نوع الکل و حداکثر بازده تئوری آنها در مدل ادغام‌شده نسبت به سه مدل قبلی افزایش نشان داد. فلاکس تولید اتانول در تمامی مدل‌ها از فلاکس سه الکل دیگر بزرگ‌تر و واکنش‌های تولید اتانول به جریان یا فلاکس مرکزی کربن از همه نزدیک‌تر بود. نتیجه‌گیری: آنالیزهای تعادل جریان افزایش پوشش شبکه متابولیک، افزایش تولید سوخت‌های زیستی و کاهش تعداد واکنش‌های بلوکه‌شده را در مدل جدید نشان می‌دهد و از این طریق کارآیی نرم‌افزار توسعه‌یافته iMet اثبات می‌شود.