Desenvolvimento de uma ferramenta computacional para a análise de fluxos metabólicos empregando carbono marcado.

• Main Author: Rafael David de Oliveira
• Other Authors: Galo Antonio Carrillo Le Roux
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2017
• Subjects: Análise de dados; Metabolismo; Pseudomonas; 13C-metabolic flux analysis; Metabolic engineering; Modeling; Parameter estimation; PHA
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-05012018-091251/

A 13C-Análise de Fluxos Metabólicos (13C-MFA) tornou-se uma técnica de alta precisão para estimar fluxos metabólicos e obter informações importantes sobre o metabolismo. Este método consiste em procedimentos experimentais, técnicas de medição e em cálculos para análise de dados. Neste contexto, os grupos de pesquisa de engenharia metabólica necessitam de ferramentas computacionais precisas e adequadas aos seus objetos de estudo. No presente trabalho, foi construída uma ferramenta computacional na plataforma MATLAB que executa cálculos de 13C-MFA, com balanços de metabólitos e cumômeros. Além disso, um módulo para estimar os fluxos metabólicos e um módulo para quantificar as incertezas das estimativas também foram implementados. O programa foi validado com dados presentes na literatura e aplicado a estudos de caso. Na estimação de fluxos de Pseudomonas sp. LFM046, identificou-se que esse micro-organismo possivelmente utiliza a Via das Pentoses em conjunto com a Via Entner-Doudoroff para a biossíntese de Polihidroxialcanoato (PHA). No design ótimo de experimentos para uma rede genérica de Pseudomonas, identificou-se a glicose marcada no átomo cinco como um substrato que permitirá determinar o fluxo na Via das Pentoses com menor incerteza. === 13C-Metabolic Flux Analysis (13C-MFA) has become a high-precision technique to estimate metabolic fluxes and get insights into metabolism. This method consists of experimental procedures, measurement techniques and data analysis calculations. In this context, metabolic engineering research groups demand accurate and suitable computational tools to perform the calculations. A computational tool was implemented in MATLAB platform that performs 13C-MFA calculation, using metabolite and cumomer balances, as well as a module to estimate the fluxes and a module to quantify their uncertainty. The program was validated with some classical cases from literature. From the flux estimates of Pseudomonas sp. LFM046, it was identified that the microorganism possibly uses the Pentose Phosphate Pathway along with the Entner-Doudoroff Pathway for Polyhydroxyalkanoate (PHA) biosynthesis. From the optimal experimental design for a generic Pseudomonas network, it was possible to conclude that glucose labeled at atom five is the best option to determine the flux in the Pentose Phosphate Pathway with smaller uncertainty.