Программный модуль для исследования регуляции метаболических путей бактерии методами математического моделирования
Автор: Лахова Т.Н., Казанцев Ф.В., Хлебодарова Т.М., Матушкин Ю.Г., Лашин С.А.
Журнал: Проблемы информатики @problem-info
Рубрика: Прикладные информационные технологии. Биоинформатика
Статья в выпуске: 4 (65), 2024 года.
Бесплатный доступ
Математическое моделирование широко применяется в задачах микробиологической биотехнологии. Оно используется для описания и понимания потоков метаболитов и изменения их концентраций, позволяет рассматривать пути биосинтеза белков и делать прогнозы по затратам сред культивирования на выход целевых продуктов и т. д. Стандартные подходы моделирования метаболизма бактерий обычно упускают процессы регуляции, работающие на генетическом уровне. Между тем, развитие вычислительных методов геномного анализа выявляет все больше таких регуляторных отношений. Учет регуляторных отношений в процессе реконструкции моделей позволит исследовать более тонкие детали управления метаболизмом бактерий. В работе представлен программный модуль, который осуществляет генерацию фреймовых математических моделей по структуре генной сети бактерии, расширенный инструментарием учета регуляторных отношений в геноме бактерий. Генерация модели осуществляется в терминах обыкновенных дифференциальных уравнений в рамках стандарта SBML. Исследование результирующей математической модели в итоге доступно во множестве профильных сред моделирования.
Математическое моделирование, оперон, генная сеть, дифференциальные уравнения
Короткий адрес: https://sciup.org/143184146
IDR: 143184146 | УДК: 573.22, | DOI: 10.24412/2073-0667-2024-4-46-55
Software Module for Studying the Regulation of Bacterial Metabolic Pathways by Mathematical Modeling Methods
Mathematical modeling is widely used in microbial biotechnology. It is used to describe and understand metabolite fluxes and changes in their concentrations, allows one to consider pathways of protein biosynthesis and make predictions on the costs of culture media for the yield of target products, etc. Standard approaches to modeling bacterial metabolism usually miss the regulatory processes operating at the genetic level. Meanwhile, the development of computational methods of genomic analysis reveals more and more such regulatory relationships. Accounting for regulatory relationships, in the process of model reconstruction, will allow us to investigate finer details of bacterial metabolism control. This paper presents a program module that generates frame-based mathematical models on the structure of the bacterial gene network, extended with tools to take into account regulatory relationships in the bacterial genome. Model generation is performed in terms of ordinary differential equations within the SBML standard. The study of the resulting mathematical model is finally available in a variety of specialized modeling tools.
