Syanobakteerien genomitason metabolian mallintaminen

Abstract

Syanobakteereita on tutkittu mahdollisina teollisen mittakaavan tuotto-organismeina esimerkiksi biopolttoaineille, koska näiden bakteerien kyky autotrofiseen metaboliaan valoenergian avulla on yksi potentiaalinen tapa edistää kestävää kehitystä. Metabolian tutkiminen pelkästään in vivo -kokeilla on hidasta ja metaboliareittien tarkka reaaliaikainen analysointi on mahdotonta, jonka takia on kehitetty laskennallisia in silico - tietokonemallinnusmenetelmiä. Genomitason metabolian mallinnuksessa tarkoituksena on yhdistää tutkittavan organismin metaboliaan liittyvät geenit, niiden koodaamien proteiinien ja metabolisten reaktioiden suhteet yhdeksi matemaattiseksi esitykseksi. Suhteiden lisäksi genomitason mallien tavoitteena on kuvata organismin todellista kasvua ja biomassan tuotantoa. Syanobakteerien tutkimuksessa genomitason mallintaminen on hyödyllinen työkalu, sillä malliin voidaan helposti integroida uusia reaktioreittejä, ja sen avulla voidaan tutkia pullonkauloja optimaalisen tuotannon saavuttamiseksi. Metabolisia malleja on koottu eri syanobakteereille pitkälti sen perusteella, kuinka tunnettu kyseisen kannan genomi on. Siksi juuri Synechocystis sp. PCC 6803:lle toimivia malleja on useita ja se on kannoista ainoa, josta on tehty yksi uuden sukupolven entsyymirajoitteinen malli. Esimerkiksi bioetanolin, vedyn ja orgaanisten happojen tuotannon optimointiin on tehty malleja, jotka pyrkivät tuotannon paranteluun olennaisten geneettisten pullonkaulojen etsimiseen. Metabolian mallinnuksessa vuotasapainoanalyysi on yksi varhaisimmista ja yleisimmistä analyysimenetelmistä ja monet kyseisen analyysimenetelmän parannellut versiot ovat ajaneet genomitason metabolian mallinnusta eteenpäin. Tutkielmassa avataan mallien analyysimenetelmien lisäksi mallin muodostamisen nelivaiheista prosessia ja metabolian simulaatioita. Lisäksi tutkielmassa kootaan yhteen esimerkkejä mallinnetuista syanobakteereista ja niissä tuotettavista aineista.