Biochemical modelling tools and applications to metabolic engineering

Özet

Metabolik mühendislik, biyolojik sistemlerin sanayi uygulamalarına yönelik iyileştirilmesi amacıyla metabolik yolların manipülasyonudur ve günümüzde bu amaç için kullanılan en yaygın yöntem rekombinant DNA teknolojisidir. Ancak canlı bir sistemi etkili biçimde değiştirebilmek için ilk adım o sistemin çalışma prensiplerini anlamak olmalıdır. Özellikle genom projelerinin ve büyük-ölçekli genomik ve proteomik araştırma teknolojilerinin gelişmesiyle beraber anlaşılmıştır ki laboratuvar koşullarında her bir molekülün işlevini anlamak teknik açıdan oldukça zorlayıcı olacaktır. Canlı sistemlerin in silico araştırmaları için kullanılan hesaplamalı modelleme araçları, metabolik yolları kontrol eden anahtar kontrolcü sistemleri ve genetik devreleri tanımlamakta ve organizmanın genomundaki değişikliklerin olası sonuçlarını tahmin etmekte cazip bir alternatif oluşturmaktadır. Bu derlemede, bazı popüler modelleme araçları tanıtılacak, ve özellikle Gepasi programı avantajları ve dezavantajları ile tartışılacaktır. Aynı zamanda bu program kullanılarak yapılmış bazı modeller ve bu tarz benzetim ortamlarının metabolik mühendisliği uygulamalarındaki potansiyelinden bahsedilecektir.

Abstract

Metabolic engineering is the manipulation of metabolic pathways in order to improve biological systems for industrial applications, and recombinant DNA technology is the most commonly used tool today for this purpose. However, in order to effectively alter a living system, the first key step should be to understand the inner workings of that system. Especially with the advent of genome projects and new technology for large-scale genomic and proteomic studies, it becomes clear that understanding the function of every component under laboratory conditions will prove technically challenging. Computational modeling tools for the in silico study of living systems offer a nice alternative for identification of key regulatory pathways and genetic circuits that control metabolic pathways, in order to predict potential outcomes of alterations to the organism’s genome. In this review, it is aimed to introduce some of the popular modeling tools, and concentrate on one particular program, Gepasi, with its advantages and disadvantages. I will also discuss some of the models generated using this model, and discuss the potential of such simulation environments in metabolic engineering.