Communication Dans Un Congrès Année : 2024

Mathematical Modeling of Metabolic Flux: Integrating COBRApy and Escher for Enhanced Analysis

Modélisation Mathématique des Flux Métaboliques : Intégration de COBRApy et Escher pour une Analyse Améliorée

Résumé

Metabolic flux analysis (MFA) is a widely used computational approach to investigate cellular metabolism by predicting the rates of metabolic reactions in a given network. In this study, we applied Flux Balance Analysis (FBA) and Flux Variability Analysis (FVA) using a genome-scale metabolic model of Escherichia coli to illustrate the theoretical application of these methods in microbial metabolism. Our goal was to analyze key metabolic pathways under different simulated conditions and evaluate cellular growth rates based on biomass production. FBA was employed to optimize biomass production as the objective function, while FVA was used to explore the flexibility of the metabolic network and the range of allowable flux distributions. The analyses provided insights into substrate utilization, metabolic efficiency, and the overall adaptability of the cell's metabolism under various simulated scenarios. This theoretical framework demonstrates the utility of FBA and FVA, as implemented through COBRApy and visualized using Escher, in understanding and optimizing microbial metabolic networks.

L'analyse des flux métaboliques (Metabolic Flux Analysis, MFA) est une approche computationnelle largement utilisée pour étudier le métabolisme cellulaire en prédisant les taux de réactions métaboliques dans un réseau donné. Dans cette étude, nous avons appliqué l'Analyse de l'Équilibre des Flux (Flux Balance Analysis, FBA) et l'Analyse de la Variabilité des Flux (Flux Variability Analysis, FVA) à l'aide d'un modèle métabolique à l'échelle du génome d'Escherichia coli afin d'illustrer l'application théorique de ces méthodes dans le métabolisme microbien. Notre objectif était d'analyser les voies métaboliques clés dans différentes conditions simulées et d'évaluer les taux de croissance cellulaire en fonction de la production de biomasse. La FBA a été utilisée pour optimiser la production de biomasse en tant que fonction objectif, tandis que la FVA a permis d'explorer la flexibilité du réseau métabolique et la gamme des distributions de flux possibles. Les analyses ont fourni des informations sur l'utilisation des substrats, l'efficacité métabolique et l'adaptabilité globale du métabolisme cellulaire dans divers scénarios simulés. Ce cadre théorique démontre l'utilité de la FBA et de la FVA, mises en œuvre via COBRApy et visualisées à l'aide d'Escher, pour comprendre et optimiser les réseaux métaboliques microbiens.

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hal-04822783 , version 1 (06-12-2024)

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  • HAL Id : hal-04822783 , version 1

Citer

João S Lopes, José A Rodrigues, Jacinta Serpa. Mathematical Modeling of Metabolic Flux: Integrating COBRApy and Escher for Enhanced Analysis. 4th ROME International Conference on Challenges in Engineering, Medical, Economics and Education: Research & Solutions (CEMEERS-24b), International Forum of Engineers & Practitioners, Dec 2024, Rome, Italy. ⟨hal-04822783⟩

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