新的數(shù)學模型可以有效地模擬活細胞中酶的表達
所有的生物都是由碳構成的,而糖,例如葡萄糖,是碳的常見來源。因此,大多數(shù)細胞都擅長吃糖,它們利用酶通過一系列化學反應來消化糖,這些化學反應將最初的糖轉化為各種細胞成分,包括氨基酸、DNA構建塊和脂肪。因為它們幫助這些糖代謝反應有效地進行,這些酶被稱為生物催化劑。
考慮到所有酶對生命本身的重要性,科學家已經(jīng)建立了幾個數(shù)學模型來描述細胞如何利用酶來轉化糖。例如,這些模型已被成功地用于改善第二代生物燃料生產(chǎn)或識別瘧疾藥物靶標,但它們沒有考慮到生產(chǎn)催化所有這些化學反應的酶的代謝“成本”。
解釋這種被稱為“表達”的現(xiàn)象是描述許多其他現(xiàn)象的關鍵,包括啤酒發(fā)酵和癌細胞的生長。但這一切首先取決于對表達機制的精確建模。
現(xiàn)在,EPFL的Vassily Hatzimanikatis教授和他實驗室的博士生Pierre Salvy已經(jīng)開發(fā)了一個數(shù)學模型,可以有效地模擬活細胞中酶的表達,以及相關的代謝成本。該模型被稱為ETFL,意為“表達和熱力學通量”,它將生物化學和熱力學——描述系統(tǒng)中能量流動的一套物理化學定律——考慮在內,從而得出其準確性。結合優(yōu)化領域的數(shù)學工具,研究人員能夠大大提高模型預測的準確性。
Salvy說:“新陳代謝、表達和熱力學的結合是第一次,比以前的最先進的模型快10到100倍,而以前的模型沒有熱力學?!?/p>
為了進一步提高其預測能力,ETFL模型的設計考慮了通過大量的“組學”領域進行的各種測量,“組學”測量細胞的特征,如基因表達、蛋白質譜等。
我們的算法可以用來提高生化產(chǎn)品的產(chǎn)量,或準確預測癌細胞的代謝。它還可以為個性化醫(yī)療的應用打開大門?!?/p>
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