On a quest for metabolic fluxes: sampling and inference tools using thermodynamics, metabolome and labelling data

Beter inzicht in stofwisseling gistcellen

De werking van de stofwisseling (het metabolisme) van cellen is kwantitatief uit te drukken in metabole fluxen. De meeste studies gebruiken modellen gebaseerd op data uit experimenten met isotooplabeling om de steady-state fluxen af te leiden. Het gebrek aan gegevens om grote complexe metabole netwerken op te lossen vereist echter het gebruik van heuristische aannames over de richting en omkeerbaarheid van reacties om een oplossing te vinden en de onzekerheid in de fluxen te verminderen.

Om fluxen te schatten zonder dergelijke aannames heeft Joana Taborda Saldida Alves een driestaps methode ontwikkeld die fysiologische, metaboloom- en isotooplabelingdata integreert. Met behulp van een thermodynamisch en stoichiometrisch model van het metabolisme heeft zij grenzen bepaald voor de oplossingsruimte. Vervolgens zijn de gesamplede fluxen gescoord op overeenstemming met de fit van een isotopomeermodel op de data uit isotooplabelingexperimenten. Toegepast op de gist S. cerevisiae, schatte deze methode fluxen en hun onzekerheid zonder aannames over reactierichting of reversibiliteit. Met deze techniek kon Taborda Saldida Alves nieuwe metabole patronen waarnemen voor dit organisme.

Met haar nieuwe methode voor het afleiden van fluxen is het mogelijk metabole fluxen te bepalen en hun onzekerheid te kwantificeren, zonder gebruik te maken van aannames over reactierichting of -omkeerbaarheid. We voorzien dat deze methode een aanwinst zal zijn voor fundamenteel onderzoek en metabolic engineering.

Het promotieonderzoek van Joana Taborda Saldida Alves vond plaats bij de afdeling Molecular Systems Biology van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB) met financiering van de EU en de RUG. Zij werkt nu als Consultant Engineer bij Process Systems Enterprise (PSE).

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/4282b339-3aa1-4225-ab25-8a45db33c94d