基于滚动时间域的酶控代谢网络动态建模
最优化与控制
2018-04-05 v1
摘要
微生物已发展出复杂的调控特征以控制其反应及对变化环境的内部适应。在建模这些生物时，我们通常未完全理解其调控机制，并依赖于用具有生物学合理目标函数的优化问题来替代它。由此产生的基于约束的方法如通量平衡分析（FBA）和资源平衡分析（RBA）已被证明是预测固定环境下生长速率、副产物和路径使用的有力工具。在本工作中，我们关注动态酶成本通量平衡分析（deFBA），其动态建模环境、生物质产物及其组成，并包含基于酶容量的反应速率约束。我们将原始deFBA形式体系扩展以纳入存储分子和生物质相关维持成本。此外，我们提出了在deFBA框架中使用模型预测控制（MPC）中的滚动预测域的新用法，称之为短期deFBA（sdeFBA）。以此我们消除了作为优化问题公式化产生的一些数学伪影，并获得了MPC方案中的新应用。本文的一个主要贡献还包括一种系统选择预测域并确定条件以保证解指数增长的系统方法。我们通过数值算例展示了使用不同域的sdeFBA的效果。
引用
@article{arxiv.1804.01426,
title = {Dynamic modeling of enzyme controlled metabolic networks using a receding time horizon},
author = {Henning Lindhorst and Alexandra-M. Reimers and Steffen Waldherr},
journal= {arXiv preprint arXiv:1804.01426},
year = {2018}
}