批式系统最大代谢生产率的有效估计
定量方法
2016-10-05 v1
摘要
在批式培养中利用工程生物生产化学品涉及生产率、产率和滴度之间的固有权衡。现有的菌株设计策略通常侧重于设计能够实现尽可能高的产率同时维持生长活力的突变。虽然这些方法在计算上是可处理的，但最优生产率可以通过一种允许细胞内资源分配随时间变化的动态策略来实现。因此，人们探索了用于设计和实施动态微生物过程的新方法，包括计算和实验方法。然而，在假设细胞内所有通量均可自由变化的情况下求解最优代谢行为是一项具有挑战性的数值任务。本工作提出了一种利用动态优化框架计算批式培养系统最大理论生产率的有效方法。该度量类似于最大理论产率，后者是代谢工程文献中一个已确立的度量，其使用有助于指导菌株和途径选择。所提出的方法遵循动态通量平衡分析的传统假设：（1）内部代谢物通量由拟稳态控制，（2）外部代谢物通量是动态有界的。优化通过有限元上的配置实现，并明确考虑了任意数量的通量变化。该方法可进一步扩展以显式求解最大生产率与产率之间的权衡曲线。我们在两种常见微生物宿主——大肠杆菌（Escherichia coli）和产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）——的琥珀酸生产上演示了该方法，揭示仅需两个离散通量阶段即可实现接近最优的产率和生产率。
引用
@article{arxiv.1610.01114,
title = {Efficient estimation of the maximum metabolic productivity of batch systems},
author = {Peter C. St. John and Michael F. Crowley and Yannick J. Bomble},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.01114},
year = {2016}
}