Математическое моделирование широко используется при разработке различных устройств и систем, в том числе и в биотехнологии. Моделирование позволяет сократить сроки разработки опытно-промышленного и промышленного ферментеров, снизить временные и финансовые затраты, уменьшить риски при разработке и внедрении новой технологии, оптимизировать технологические процессы.
Для повышения продуктивности наш коллектив разработчиков взял на вооружение принцип геномного моделирования. Геном используемого в нашей технологии штамма M. capsulatus полностью расшифрован, что на основе экспрессии генов позволяет определять состав ферментов, которые регулируют биохимические реакции внутри микроорганизма. Составив сеть реакций и записав реагенты и продукты реакций в виде матрицы коэффициентов, с учетом внутриклеточных, обменных и транспортных реакций, можно пользоваться различными методами для анализа. Одним из методов является FBA (Flux Balance Analysis) - анализ баланса потоков. Поступающие в клетку вещества из питательной среды, в том числе и растворенные газы (метан и кислород), биомасса на выходе и все реакции внутри представляются в виде потоков. Ближайшая аналогия - разветвленная электрическая цепь с сопротивлениями и транзисторами: меняя потоки на входе в клетку, мы можем видеть «включение» различных ферментов, отвечающих за разные метаболические пути реакций, например, по усвоению азота из различных источников.
FBA используется в предположении, что клетка находится в равновесии с окружающей средой, ее составом также определяются метаболические пути внутри клетки.
Также нас интересует задача максимизации биомассы. В данных условиях оптимизационную задачу можно разрешить математическими методами линейного программирования.
Результаты моделирования в настоящее время используются для оптимизации питательной среды и газового питания микроорганизмов при максимизации выхода полезного продукта (биомассы), повышения устойчивости процесса микробного культивирования и получения продукта стандартизованного состава.
Использование основанной на геноме модели позволяет не только имитировать различные внешние условия для клетки, но и производить моделирование «выключения» («knockout») различных генов. Моделирование позволяет прогнозировать результат генной модификации и указать, какие именно гены следует модифицировать.
Дальнейшие планы моделирования - переход от одного вида микроорганизма к моделированию сообщества микробов, имитация выключения генов с целью получения биомассы различного аминокислотного состава.
Для повышения продуктивности наш коллектив разработчиков взял на вооружение принцип геномного моделирования. Геном используемого в нашей технологии штамма M. capsulatus полностью расшифрован, что на основе экспрессии генов позволяет определять состав ферментов, которые регулируют биохимические реакции внутри микроорганизма. Составив сеть реакций и записав реагенты и продукты реакций в виде матрицы коэффициентов, с учетом внутриклеточных, обменных и транспортных реакций, можно пользоваться различными методами для анализа. Одним из методов является FBA (Flux Balance Analysis) - анализ баланса потоков. Поступающие в клетку вещества из питательной среды, в том числе и растворенные газы (метан и кислород), биомасса на выходе и все реакции внутри представляются в виде потоков. Ближайшая аналогия - разветвленная электрическая цепь с сопротивлениями и транзисторами: меняя потоки на входе в клетку, мы можем видеть «включение» различных ферментов, отвечающих за разные метаболические пути реакций, например, по усвоению азота из различных источников.
FBA используется в предположении, что клетка находится в равновесии с окружающей средой, ее составом также определяются метаболические пути внутри клетки.
Также нас интересует задача максимизации биомассы. В данных условиях оптимизационную задачу можно разрешить математическими методами линейного программирования.
Результаты моделирования в настоящее время используются для оптимизации питательной среды и газового питания микроорганизмов при максимизации выхода полезного продукта (биомассы), повышения устойчивости процесса микробного культивирования и получения продукта стандартизованного состава.
Использование основанной на геноме модели позволяет не только имитировать различные внешние условия для клетки, но и производить моделирование «выключения» («knockout») различных генов. Моделирование позволяет прогнозировать результат генной модификации и указать, какие именно гены следует модифицировать.
Дальнейшие планы моделирования - переход от одного вида микроорганизма к моделированию сообщества микробов, имитация выключения генов с целью получения биомассы различного аминокислотного состава.
