Новая модель метаболизма объединяет термодинамику и омиксные данные

Все живые организмы состоят из углерода, и такие сахара, как глюкоза (C₆H₁₂O₆), являются его распространённым источником. Клетки эффективно расщепляют сахара с помощью ферментов — биокатализаторов, которые управляют цепочкой химических реакций, превращающих сахар в компоненты клетки: аминокислоты, строительные блоки ДНК и жиры.

Существующие математические модели, описывающие эти процессы, успешно применяются, например, для улучшения производства биотоплива второго поколения или поиска мишеней для лекарств против малярии. Однако они не учитывают метаболическую «стоимость» производства самих ферментов — процесс, называемый «экспрессией».

Учёт экспрессии и её затрат важен для описания таких явлений, как брожение пива или рост раковых клеток. Профессор EPFL Вассили Хатзиманикатис и аспирант Пьер Сальви разработали математическую модель ETFL («Expression and Thermodynamics Flux»), которая эффективно моделирует экспрессию ферментов и связанные с ней метаболические затраты.

Ключевые особенности модели ETFL:

• Точность: Объединяет биохимию и термодинамику — законы, описывающие поток энергии в системах.
• Скорость: Использует математические методы оптимизации. Новая модель в 10–100 раз быстрее предыдущих аналогов, не учитывавших термодинамику.
• Гибкость: Может учитывать широкий спектр омиксных данных (например, об экспрессии генов или белковых профилях), что повышает её предсказательную силу.

Модель открывает возможности для улучшения производства биохимических продуктов, точного прогнозирования метаболизма раковых клеток и применения в персонализированной медицине.