مهار مسیرهای رقابتی برای افزایش تولید بوتانتریول در اشریشیا کلی از طریق شبیه سازی شبکه متابولیک

تامین انرژی پاک، تجدیدپذیر و فراوان یکی از دغدغه های اصلی تمدن بشر امروزی است. سوخت های فسیلی محدود و گران هستند و آسیب های ناشی از استفاده از آنها باعث شده تا مردم به سوخت های زیستی که بخشی از انرژی های تجدیدپذیر هستند روی بیاورند. یکی از این مواد ارزشمند 1.2.4-بوتانتریول است که یک ماده شیمیایی غیرطبیعی با ارزش بالا است و خواص آن مشابه گلیسرول است. و به عنوان پیش ساز در ساخت 1،2،4-بوتاندیول تری نیترات به عنوان یک محصول در صنایع نظامی، پلیمرها و داروها کاربردهای اساسی دارد. در این مطالعه، بازسازی شبکه متابولیک در مقیاس ژنوم اشریشیا کلی (iml1515)برای تولید بوتانتریول از منبع کربن ارزان، زایلوز، مدل‌سازی شد.برای این منظور از روش «بازسازی و تحلیل مبتنی بر محدودیت» با استفاده از جعبه ابزار cobra، افزونه پیاده‌سازی شده در نرم‌افزار متلب استفاده کردیم. مسیر تولید بوتانتریول از زایلوز بهینه شد و مسیرهای رقابتی که زایلوز مصرف می‌کردند مسدود شدند. نتیجه تجزیه و تحلیل fba نشان داد که شبکه بازسازی شده برای تولید بوتانتریول دارای شار است. وخروجی آن در شبکه متابولیک اشریشیا کلی امکان پذیر بود. در نهایت با اعمال محدودیت‌های اضافی و انجام برخی تحلیل‌های رونویسی، واکنش‌های لازم و غیرضروری برای بهبود تولید بوتانتریول مشخص شد. با توجه به اینکه حذف کامل ژن های رقابتی با افزایش زمان لازم برای تکثیر، میزان تولید زیست توده را کاهش داد. بنابراین با کاهش بیان ژن‌های رقابتی و عدم حذف، میزان تولید بوتانتریول به 20mmol/gdw/hr رسید که نسبت به زمان حذف کامل ژن‌ها افزایش قابل‌توجهی است.

inhibition of competitive pathways to increase butanetriol production in the escherichia coli through metabolic network simulation

supplying clean, renewable, and abundant energy is one of the main concerns of today s human civilization. fossil fuels are limited and expensive, and damages caused by their use have made people turn to biofuels which are part of renewable energy.one of these valuable substances is 1.2.4-butanetriol, an unnatural chemical substance with high value, and its properties are similar to glycerol.this chemical has essential applications as a precursor in manufacturing 1,2,4-butanediol trinitrate as a product in the military industry, polymers, and medicines.in this study, the genome-scale metabolic network reconstruction of escherichia coli (iml1515) was modeled for butanetriol production from the cheap carbon source, xylose. for this purpose, we applied the constraint-based reconstruction and analysis (cobra) method by using the cobra toolbox, an extension implemented in matlab software.the pathway for butanetriol production from xylose was optimized, and competing pathways that consumed xylose were blocked.the result of the fba analysis showed that the reconstructed network for butanetriol production has flux. hence, its output in the metabolic network of e. coli was possible in silico. finally, an attempt was made to determine the necessary and unnecessary reactions for improving butanetriol production by applying additional constraints and making some transcriptomics analysis. considering that the complete deletion of competitive genes decreased the amount of biomass production by increasing the time required for proliferation; so by reducing the expression of competitive genes and not deletion, the amount of the butanetriol production reached 20mmol/gdw/hr,which is a significant increment compared to the time of complete genes deletion.