关于细胞代谢和代谢调控动力学模型的现状和展望

Bioresources and Bioprocessing 2015, 2:4

http://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-014-0031-7

关于细胞代谢和代谢调控动力学模型的现状和展望

Yu Matsuoka, Kazuyuki Shimizu

Kyushu Institute of Technology, Institute of Advanced Biosciences, Keio University, Japan

【摘要】自从建立了可以预测培养环境和特定通路基因敲除对生长特性的影响的模型之后，建立合适的模型来高效设计微生物燃料和生化产品的细胞工厂变得越来越重要。在各种建模方法中，动力学模型有望展现代谢调控的本质特征。本文主要从大肠杆菌代谢调控的角度简要概述了细胞代谢动力学模型的现状。为了更好地建模，通过整合不同级别的信息来理解机体系统行为的原则是非常重要的。也就是说，细胞是如何检测到环境刺激，这些信号如何传导，细胞代谢如何调控和表达。尤其是通过1,6-二磷酸果糖 (FBP)、 磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) 和乙酰辅酶A(AcCoA) 综合调节Pyk、Pfk和Ppc酶活，以实现细胞的通量传感和自我平衡。对磷酸转移酶系统（PTS）和cAMP-Crp /Cra转录调控的合理建模对模拟分解代谢调控相关的主要生理代谢也非常重要。分解和合成代谢（氮源吸收）的协同调节可以通过酮酸代谢如α-酮戊二酸（αKG）等进行模拟。全局调控子ArcA/B及Fnr等的协助调节影响了微好氧条件下的代谢调控。从生物科学和代谢工程的角度，结合酶水平和基因水平建立定量动力学模型是非常重要的。

Overall metabolic regulation scheme