AbstractPurple nonsulfur bacteria c

Abstract

Purple nonsulfur bacteria can produce hydrogen during photoheterotrophic growth on a variety of organic substrates. To facilitate metabolic engineering of this group of bacteria with the purpose of maximizing hydrogen production, we have developed the first comprehensive mathematical model of anaerobic photoheterotrophic metabolism. This model is a stoichiometric model to which Flux Balance Analysis also known as constraint-based analysis has been applied. Because Rhodobacter sphaeroides emerged as one of the best understood purple nonsulfur bacteria, we based our modeling on this species. However, the approach is readily applicable to other purple nonsulfur bacteria. The metabolic space used in model construction contains 314 reconstructed biochemical reactions and 287 compounds. The list of simulated metabolic pathways involves major carbon and nitrogen metabolic pathways. A distinctive feature of our model is that it considers maximization of two different cell objective functions, namely, biomass production rate, which is commonly used in flux balance models, and reductant removal rate, which is a unique feature of this model reflecting peculiarity of photoheterotrophic metabolism. The performance of this model has been assessed by comparing computed metabolic fluxes with experimental values obtained by several research groups who worked on various strains of purple nonsulfur bacteria and utilized different growth setups. The model testing revealed remarkably good agreement between the predicted and measured metabolic fluxes, which validates the presented model.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นามธรรม

สีม่วง nonsulfur แบคทีเรียสามารถผลิตไฮโดรเจนระหว่าง photoheterotrophic การเจริญเติบโตบนความหลากหลายของพื้นผิวอินทรีย์ เพื่อเผาผลาญวิศวกรรมนี้กลุ่มของแบคทีเรียโดยมีวัตถุประสงค์เพิ่มผลิตไฮโดรเจน เราได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ครอบคลุมตัวแรกของ photoheterotrophic ที่ไม่ใช้ออกซิเจน รุ่นนี้เป็นแบบ stoichiometric ซึ่งฟลักซ์ดุลวิเคราะห์วิเคราะห์ตามข้อจำกัดหรือที่เรียกว่ามีการใช้ เนื่องจาก Rhodobacter sphaeroides เกิดเป็นแบคทีเรียส่วนเข้าใจสีม่วง nonsulfur เราใช้โมเดลของเราในสายพันธุ์นี้ อย่างไรก็ตาม วิธีการมีพร้อมใช้กับแบคทีเรียอื่น ๆ nonsulfur สีม่วง เผาผลาญพื้นที่ใช้ในการก่อสร้างแบบจำลองประกอบด้วยปฏิกิริยาชีวเคมีที่สร้างขึ้นใหม่ 314 และสารประกอบ 287 รายการของมนต์เผาผลาญที่เลียนแบบเกี่ยวข้องกับหลักคาร์บอนและไนโตรเจนมนต์เผาผลาญ คุณลักษณะโดดเด่นของรูปแบบของเราคือ ว่า ถือเอา maximization สองเซลล์ต่าง ๆ ฟังก์ชันวัตถุประสงค์ ได้แก่ ชีวมวลผลิตอัตรา ซึ่งโดยทั่วไปใช้ในแบบจำลองสมดุลไหล และ reductant เอาอัตรา ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของรูปแบบนี้สะท้อนหลุดของ photoheterotrophic มีการประเมินประสิทธิภาพของรูปแบบนี้ โดยการเปรียบเทียบคำนวณ fluxes เผาผลาญมีหลายงานวิจัยที่ทำงานในสายพันธุ์ต่าง ๆ ของแบคทีเรียสีม่วง nonsulfur และใช้ตั้งค่าเจริญเติบโตแตกต่าง ทดลองค่า การทดสอบแบบจำลองเปิดเผยข้อตกลงดีอย่างยิ่งระหว่างการคาดการณ์ และวัดเผาผลาญ fluxes ซึ่งตรวจสอบแบบจำลองนำเสนอ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นามธรรม

สีม่วง nonsulfur แบคทีเรียสามารถผลิตไฮโดรเจนในช่วง photoheterotrophic การเจริญเติบโตบนความหลากหลายของวัสดุอินทรีย์ . เพื่อความสะดวกในการปรับปรุงกลุ่มของแบคทีเรียที่มีวัตถุประสงค์ในการเพิ่มการผลิตไฮโดรเจน , เราได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบแรกที่ครอบคลุม photoheterotrophic การเผาผลาญอาหารรูปแบบนี้เป็นรูปแบบของการวิเคราะห์สมดุลอัตราส่วนที่เรียกว่าการวิเคราะห์ข้อจำกัดได้ถูกใช้ เพราะ rhodobacter sphaeroides ชุมนุมเป็นหนึ่งในดีที่สุดเข้าใจแบคทีเรีย nonsulfur สีม่วง เราตามแบบของเราในสายพันธุ์นี้ อย่างไรก็ตาม แนวทางที่พร้อมใช้ nonsulfur แบคทีเรียอื่น ๆสีม่วงการเผาผลาญ ใช้พื้นที่ในการก่อสร้างแบบมี 314 และสร้างปฏิกิริยาทางชีวเคมีและสาร รายการของ จำลองเส้นทางการเผาผลาญไนโตรเจนและคาร์บอนที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญเซลล์ . คุณสมบัติเด่นของรุ่นของเราที่จะพิจารณา สูงสุดของทั้งสองแตกต่างกัน เซลล์ ฟังก์ชันเป้าหมาย ได้แก่ อัตราการผลิตมวลชีวภาพซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในแบบจำลองสมดุลการไหลและอัตราการกำจัดต่าง ซึ่งเป็นคุณลักษณะเฉพาะของรุ่นนี้สะท้อนให้เห็นถึงลักษณะเฉพาะของ photoheterotrophic การเผาผลาญอาหารประสิทธิภาพของรูปแบบนี้ได้รับการประเมินโดยการเปรียบเทียบค่าที่ได้กับค่าคำนวณการเผาผลาญทดลองโดยหลายกลุ่มงานวิจัยที่ทำงานในสายพันธุ์ต่างๆ ของเชื้อ nonsulfur สีม่วงและการตั้งค่าการใช้แตกต่างกัน แบบทดสอบเปิดเผยข้อตกลงดีอย่างน่าทึ่งระหว่างคาดการณ์และวัดค่าการเผาผลาญ ซึ่งนำเสนอรูปแบบ