Молекулярная экономика: новые компьютерные модели рассчитывают общесистемные затраты на экспрессию генов

Биоинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод одновременного моделирования метаболизма организма и лежащей в его основе экспрессии генов. Эта технология позволяет проводить гораздо более детальные расчёты общей стоимости синтеза различных химических веществ, включая биотоплива. Метод учитывает на молекулярном уровне материальные и энергетические затраты, необходимые для роста клетки.

Суть метода

• Моделирование метаболизма показывает, какие биохимические реакции должны происходить.
• Моделирование экспрессии генов показывает, какой именно молекулярный «машинный парк» (ферменты) для этого требуется.
• Метод позволяет исследовать, как организм распределяет свои ресурсы для роста и как генетические модификации меняют это распределение.

Применение и перспективы

• Фундаментальная наука: Платформа для изучения основных жизненных процессов и количественного анализа данных об экспрессии генов.
• Промышленность: Модель позволяет симулировать полную стоимость производства биотоплива или других продуктов, включая все «эксплуатационные расходы» клетки. Это может оптимизировать метаболическую инженерию промышленных штаммов.
• Организм-прототип: Метод был опробован на гипертермофиле Thermotoga maritima. Виртуальный симулятор для него показал лучшее приближение к фенотипам клеток по сравнению с изолированным моделированием метаболизма.
• Дальнейшие планы: Исследователи работают над созданием аналогичных моделей для промышленно значимых микроорганизмов, таких как E. coli.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.