Simulation of Lactococcus lactis metabolic networks

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Date
2005
Major/Subject
Laskennallinen tekniikka
Mcode
S-114
Degree programme
Language
en
Pages
71+18
Series
Abstract
Työssä tutkittiin bakteeriaineenvaihdunnan simulointia entsyymikinetiikkaan perustuvan mallin avulla. Mallinnuksen kohteena oli Lactococcus lactis -maitohappobakteerin glykolyysireitti, joka sisältää 26 reaktiota ja 34 metaboliittia. Työssä tutkittiin myös mallin sovelluksia metaboliamuokkauksessa lisäämällä malliin reitti, jonka avulla kanta tuotti ksyloosista ksylitolia. Työssä tehtiin kaksi eri aineenvaihduntamallia. Ne perustuivat reaktiomekanismeistä johdettuihin nopeusyhtälöihin sekä potenssifunktioihin. Yhdessä stoikiometriamallin kanssa mallit muodostivat differentiaaliyhtälösysteemin, joka ratkaistiin numeerisesti. Mekanistisen mallin 164 ja potenssifunktiomallin 146 parametria estimoitiin satunnaishaun ja Monte-Carlo minimoinnin yhdistelmällä. Parametrien estimoimiseksi tehtiin kuusi kasvatuskoetta, joiden tulokset sovitettiin malliin. Parametrien estimointi ei tuottanut tyydyttäviä tuloksia. Neliövirhe oli molemmilla malleilla yli 414000. Mekanistinen malli ja potenssifunktiomalli ajautuivat tasapainotilaan 30 minuutin ja 0,5 minuutin simuloinnin jälkeen. Aineenvaihdunnan pysähtymisen aiheutti fosfaatin loppuminen, minkä seurauksena eräs glykolyysin välireaktio pysähtyi kokonaan. Mekanistinen malli oli laskuissa viisi kertaa nopeampi kuin potenssifunktiomalli, mikä johtui todennäköisesti potenssifunktion laskemisen hitaudesta tietokoneella. Mallit eivät toimineet täysin odotetulla tavalla, mutta muutamilla korjauksilla niistä voidaan kehittää toimivia. Molemmat mallit olivat liian monimutkaisia ja herkkiä parametriensä suhteen. Parametrien määrä pitäisi laskea kolmannekseen nykytasosta, koska datan perusteella ei saada luotettavia estimaatteja näin monelle parametrille. Lisäksi simuloinnin alkukonsentraatiot pitäisi estimoida kuten muutkin parametrit, jotta vältettäisiin simuloinnin liian aikainen pysähtyminen tasapainotilaan.
Description
Supervisor
Kaski, Kimmo
Thesis advisor
Nyyssölä, Antti
Pitkänen, Juha-Pekka
Keywords
Other note
Citation