دانشگاه تربیت مدرس زیست فناوری 2322-2115 9 2 2018 08 23 Reconstruction and Modeling of Integrated Metabolic Network of a Cyanobacterium to Increase the Production of Biofuels بازسازی و مدل‌سازی شبکه‌ متابولیک تلفیقی از سیانوباکتر برای افزایش تولید سوخت زیستی 193 199 22409 FA رضا محمدی پژوهشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران جواد جواد ظهیری گروه بیوفیزیک، دانشکده زیست‌شناسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمدجواد نیرومند گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران، تهران، ایران Journal Article Aims: The production of biofuels has been one of the promising efforts in biotechnology in the past decades. Unicellular cyanobacteria are widespread phototrophic microorganisms that can be suitable chassis for production of valuable organic materials like biofuels. The aim of this study was the reconstruction and modeling of integrated metabolic network of a cyanobacterium to increase the production of biofuels. Materials and Methods: In the present computational study, a software for integrating reconstructed metabolic networks was developed to optimize and increase their efficiency and was named as iMet. First, iMet was used to integrate the 3 pre-reconstructed metabolic networks of Synechocystis PCC6803. In the next step, the reconstructed network was modeled to produce 4 types of biofuels, including ethanol, propanol, butanol, and isobutanol. Findings: The new merged model had 808 reactions and 560 metabolites. The amount of flux or flow in the integrated model was calculated to be 0.0295 hours per hour. This showed a remarkable increase compared to the previous three models. The cells were divided once every 24 hours. The amount of flux of 4 types of alcohol and their maximum theoretical efficiency increased in the integrated model compared to the previous 3 models. The flux of ethanol production was greater in all models than flux of 3 other alcohols, and the ethanol production reactions were closer to the flow or the central flux of carbon. Conclusion: The analyses of flow equilibrium in the metabolic network coverage show an increase in the production of biofuels and a decrease in the number of blocked reactions in the new model, thereby the efficiency of the developed iMet software is proved. 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.

https://biot.modares.ac.ir/article_22409_74633dc3ab2e714eeba0bd6624b0799d.pdf