Balance de Flujos Metabólicos en Saccharomyces cerevisiae basado en Compartimentalización Intracelular

Metabolic Flows Balance in Saccharomyces cerevisiae based on Intracellular Compartmentalization

Titulo corto: Metabolic Flows Balance in Saccharomyces cerevisiae

Resumen: Una de las técnicas más utilizadas para la predicción de producción de bioproductos y distribución intracelular de flujos de microorganismos es el Análisis de Balance de Flujos - FBA por sus siglas en inglés. El FBA requiere de una función objetivo que represente el objetivo biológico del microorganismo estudiado.  En este trabajo se propone un nuevo tipo de funciones objetivo basada en la combinación de objetivos de compartimentos físicos presentes en el microorganismo estudiado. Este tipo de funciones objetivo son examinadas junto con un modelo estequiométrico extraído de la reconstrucción iMM904 del microorganismo S. cerevisiae. Su desempeño se compara con la función objetivo más usada en la literatura, la maximización de biomasa, en condiciones experimentales anaeróbicas en cultivos continuos y aeróbicas en cultivos tipo lote. La función objetivo propuesta en este trabajo mejora las predicciones de crecimiento en un 10%  y las predicciones de producción de etanol en un 75% respecto a las obtenidas por la función objetivo de maximización de biomasa, en condiciones anaeróbicas. En condiciones aeróbicas tipo lote la función objetivo propuesta mejora en un 98% las predicciones de crecimiento y en un 70% las predicciones de etanol con respecto a la función objetivo de biomasa.

Palabras clave: Análisis de Balance de Flujos, FBA, iMM904, S. cerevisiae, Función Objetivo basada en Compartimentos.

Abstract: Flux Balance Analysis - FBA - is one of the most used techniques in prediction of microorganism bioproducts. It requires an objective function that represents a biological objective for the microorganism studied. This paper presents a new kind of objective functions based on individual physical compartment objectives present in the microorganism studied. These kind of functions were tested with a stoichiometric model, extracted from iMM904 reconstruction of S. cerevisiae and its performance is compared with the objective function mainly used in literature,  growth maximization, in anaerobic and aerobic batch conditions. The proposed objective function, in the present work, outperforms growth predictions in 10%  and ethanol predictions in 75% as compared with the results obtained by maximization of growth objective function, in anaerobic conditions. In aerobic batch conditions, the suggested objective function outperform 98% in growth predictions and 70% in ethanol predictions in comparison with growth maximization.

Key words: Flux Balance Analysis, FBA, iMM904 reconstruction, Compartment based Objective Function.