22801

بررسي محاسباتي اثر متابوليسم بر رشد ميكروجلبك

كارشناسي ارشد

بيوتكنولوژي

1396

1399/07/27

دكتر فرشته نعيم پور

مهندسي شيمي، نفت و گاز

ميكروجلبك‌ها به دليل انعطاف¬پذيري متابوليكي، ميتوانند با استفاده از متابوليسمهاي مختلف فتوترفي، هتروتروفي و ميكسوتروفي رشد نمايند. از آنجا كه درك جزييات متابوليسم، نقش عمده¬اي در بهينه سازي بازده توليد محصولات باارزش از ميكروجلبك¬ها ايفا مي¬كند، در اين پژوهش به بررسي توزيع فلاكسهاي درون سلولي براي متابوليسم هاي مختلف پرداخته شده است. در اين پژوهش از (Flux Balance Analysis) FBA كه يكي از متداول¬ترين روش¬ها در مدل‌سازي شبكه¬هاي متابوليكي و يك روش مبتني بر محدوديت است، براي شبيه‌سازي و مدل‌سازي رشد ميكروجلبك با متابوليسم¬هاي مختلف استفاده شد. مدل‌سازي بر مبناي يك شبكه متابوليكي مقياس ژنوم شامل 843 ژن، 1770 متابوليت و 2294 واكنش توزيع شده در 5 جزء درون‌سلولي و فضاي بيرون سلولي انجام گرفت. با توجه به نتايج به‌دست‌آمده رشد در حالت ميكسوتروفي (mmol/gDWh 041/0) بيشتر از سه حالت هتروتروفي (mmol/gDWh 0167/0)، فتواتوتروفي (mmol/gDWh 0247/0) و فتوهتروتروفي (mmol/gDWh 0379/0) بود. در ادامه به منظور حداقل سازي مجموع فلاكسهاي درون سلولي از آناليز (Parsimonious Enzyme Usage FBA) pFBA استفاده شد و توزيع فلاكسها مورد بررسي و مقايسه باFBA قرار گرفت. با توجه به رشد طبيعي ميكروجلبكها در سيكل روشنايي و تاريكي، رشد و توليد مواد ذخيره شونده (نشاسته و چربي) در شرايط روشنايي و مصرف اين مواد به¬عنوان منبع كربني و انرژي در شرايط تاريكي بررسي شد. نتايج نشان داد كه نشاسته به‌طور مؤثرتري بر رشد تأثير مي‌گذارد. نرخ رشد روي نشاسته در تاريكي (mmol/gDWh0037/0) به ميزان 6/1 برابر رشد بر روي چربي (mmol/gDW h 0022/0) محاسبه گرديد.

1399/09/10

Computational investigation on the effect of metabolism on growth of microalgae

10/19/2021 12:00:00 AM

Microalgae can grow phototrophically, heterotrophically and mixotrophically due to their metabolic flexibility. As detailed understanding of their metabolism plays a major role in optimizing the production efficiency of microalgal products, we attempted to computationally investigate their intracellular metabolic flux distribution under various metabolisms. FBA (Flux Balance Analysis), a constraint-based modelling method, was used to simulate the growth of microalgae using three metabolisms: heterotrophic, photoautotrophic and mixotrophic. Modelling was performed based on a genomic scale metabolic network consisting of 843 genes, 1770 metabolites and 2294 reactions distributed among five intracellular compartments and the extracellular space. Growth rate for mixotrophy (0.041 mmol/gDWh) was more than that for heterotrophy (0.0168 mmol/gDWh), photoautotrophy (0.0247 mmol/gDWh) and photoheterotrophy (0.0379 mmol /gDWh). To minimize the sum of intracellular fluxes, pFBA (Parsimonious Enzyme Usage FBA) was used and the flux distribution was investigated and compared with that of FBA. Since microalgae naturally grow under circadian cycle, algal growth and production of storage materials (starch and lipid) were firstly investigated under light condition and subsequently consumption of storage materials under dark condition was studied. Under dark conditions, starch was a better source of energy than lipid. The growth rate on starch under dark condition was 0.0037 mmol/gDWh, which was 1.6 times greater than the growth rate on lipid (0.0022 mmol/gDWh).