Кинетическая модель E. coli открывает путь к проектированию микробных фабрик

Микроб E. coli имеет плохую репутацию в пищевой промышленности, но в области химической инженерии это один из важнейших микроорганизмов для производства аминокислот, биоэтанола, витаминов и многого другого. Исследователи из Лаборатории оптимизации химических и биологических систем Университета Пенсильвании разработали кинетическую модель метаболических процессов Escherichia coli, близкую к масштабу всего генома. Она позволит учёным быстро и эффективно использовать компьютерное моделирование для прогнозирования влияния множественных генетических вмешательств на микробные фабрики.

«В конечном итоге это может изменить нашу способность надёжно проектировать новые микробные штаммы с повышенной продуктивностью», — заявил Костас Д. Мараньяс, профессор химической инженерии.

Мараньяс пояснил, что недавно разработанные методы изменения собственного метаболизма микробов позволяют манипулировать несколькими генами одновременно, быстро и с минимальными затратами. При использовании микробов в качестве фабрик для производства химикатов или биотоплива ключевая задача — найти лучших кандидатов из сотен генов, чтобы использовать последующее увеличение производительности. Новые кинетические модели предоставляют такие результаты метаболических изменений для микробов, подобных E. coli. «Это открывает дверь для тестирования множества комбинаций на компьютере и поиска наилучшей из них до того, как придётся тратить время и ресурсы в лаборатории», — сказал Мараньяс.

Модель, названная k-ecoli457, содержит:

Модель k-ecoli457 была параметризована с использованием данных о метаболических потоках как для дикого типа E. coli, так и для 25 мутантных штаммов. Сравнение прогнозов модели с несколькими экспериментально измеренными наборами данных показало существенное улучшение точности по сравнению с предыдущими моделями.

Эти достижения в проектировании новых штаммов не ограничиваются E. coli; аналогичные кинетические модели могут быть разработаны для других микроорганизмов, таких как цианобактерии или клостридии.