代謝模型以幫助尋找生物燃料藻類來源
紐約大學(xué)阿布扎比分校(紐約大學(xué))的生物技術(shù)專家Kourosh Salehi-Ashtiani幫助開發(fā)了藻類物種的第一個(gè)基因組規(guī)模代謝模型。Salehi-Ashtiani打算使用這種模型探索中東海藻,尋找理想的生物燃料。
研究人員模擬了藻類Chlamydomonas reinhardtii的代謝網(wǎng)絡(luò),這 是一種研究分子生物學(xué)的流行物種。它們將藻類的不同生物活性與其基因序列相匹配,其涉及與2,190個(gè)反應(yīng)和1,068個(gè)獨(dú)特代謝物相關(guān)的約1,080個(gè)基因“優(yōu)點(diǎn)是 衣藻是一個(gè)眾所周知的物種。我們知道并從中學(xué)到的東西可以是用于生物燃料更有價(jià)值的其他藻類物種,“Salehi-Ashtiani說。
代謝網(wǎng)絡(luò)模型被開發(fā)成計(jì)算機(jī)模擬,可用于估計(jì)遺傳工程藻類物種的影響。“有趣的預(yù)測可以通過模型進(jìn)行,例如,如果我們?nèi)〕鲆粋€(gè)基因會(huì)發(fā)生什么。我們還可以發(fā)現(xiàn)基因是否對特定功能是必需的,”Salehi-Ashtiani解釋道。
“這真的是這種基因組規(guī)模重建的美妙之處。我可以用它們來模擬和預(yù)測系統(tǒng)在各種擾動(dòng)下的表現(xiàn),我可以快速做到這一點(diǎn)。我可以模擬生成生物量的要求。如果a的功能基因是為了產(chǎn)生生物量,我預(yù)測這個(gè)基因是必不可少的,“弗吉尼亞大學(xué)的杰森帕潘說,并參與了這項(xiàng)研究。
該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以在幾秒鐘內(nèi)進(jìn)行如此快速的計(jì)算分析,以確定哪些基因影響生長,而無需進(jìn)行耗時(shí)的濕實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。有可能研究敲除或添加影響富含能量的化合物(如脂質(zhì))生成的基因的結(jié)果。這有助于在下一代生物燃料的開發(fā)中優(yōu)化藻類
生物燃料作為化石燃料的可持續(xù)替代品贏得了支持。今天生產(chǎn)的大多數(shù)生物燃料都是從植物作物中提煉出來的,并與糧食作物競爭有價(jià)值的資源,包括農(nóng)田和淡水。
然而,藻類被視為生產(chǎn)大量燃料而不侵占農(nóng)田的良好選擇。
Salehi-Ashtiani希望在阿拉伯聯(lián)合酋長國和更廣泛的中東地區(qū)找到藻類物種,這些物種可能含有足夠的能量,在生產(chǎn)生物燃料方面具有經(jīng)濟(jì)可行性。“我認(rèn)為研究咸水物種是有利的,因?yàn)樗皇褂玫?,因此不?huì)進(jìn)入人類飲用水供應(yīng)。” 他認(rèn)為,中東豐富的陽光可能是適合用于生物燃料生產(chǎn)的藻類的完美滋生地。
Papin建議使用衣藻(Chlamydomonas)開發(fā)的模型 可用于確定哪些代謝過程對于用作生物燃料特別重要。“研究人員隨后可以探索可以更有效地執(zhí)行特定過程的其他物種。如果沒有模型指導(dǎo)探索哪個(gè)過程具有最大價(jià)值,那么物種的探索可能會(huì)更加盲目地進(jìn)行。”
該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃對有希望的藻類物種的基因組進(jìn)行測序并確定代謝聯(lián)系。“然后我們可以添加或去除衣藻代謝網(wǎng)絡(luò)中的反應(yīng)和途徑, 以產(chǎn)生特定于新物種的代謝模型,”Salehi-Ashtiani解釋說。
“通過這種方式,我們?yōu)橐略迳傻拇x模型 將被用作生成特定于新物種的模型的指南,”他補(bǔ)充道。衣藻中不存在的任何反應(yīng)或途徑 將被添加到模型中,并且將除去存在于衣藻中但不存在于新物種中的那些 。“從本質(zhì)上講,我們會(huì)將模型與新物種的基因組證據(jù)相協(xié)調(diào),”Salehi-Ashtiani解釋道。
但Salehi-Ashtiani表示,尋找合適的候選藻類物種只是確保新的可持續(xù)生物燃料來源的第一步。“未來有各種各樣的挑戰(zhàn),從工程到生物工程,最終到最終產(chǎn)品的精煉。
“這些挑戰(zhàn),以及開發(fā)可持續(xù)能源的前景,正是令人興奮的領(lǐng)域和時(shí)間。”
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