СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО МОДЕЛЮВАННЯ МЕТАБОЛІЧНИХ ШЛЯХІВ ПРОКАРІОТИЧНИХ ОРГАНІЗМІВ

Анотація

Моделювання у масштабі геному (genome-scale metabolic modeling, GEM) виступає ключовим інструментом для системного аналізу метаболізму прокаріотичних організмів. Воно дозволяє охопити весь спектр біохімічних реакцій, пов’язаних із функціонуванням клітини, та ефективно прогнозувати її поведінку за різних умов. Особливу роль у цьому процесі відіграє аналіз балансу потоків (Flux Balance Analysis, FBA), який базується на побудові стехіометричних моделей і дає змогу розрахувати розподіл потоків метаболітів у мережі з урахуванням заданої цільової функції. Водночас, чутливість FBA до вибору мети моделювання є критичним обмеженням, яке знижує універсальність методу, особливо у випадку складних або гетерогенних середовищ.

Поєднання FBA з методами генної інженерії суттєво розширює його можливості: шляхом модифікацій генотипу можна цілеспрямовано перенаправляти метаболічні потоки, що дозволяє підвищити біосинтетичний потенціал мікроорганізмів. Це особливо актуально для промислової біотехнології, де ведуться розробки нових штамів-продуцентів біопрепаратів, ферментів, біопалива та інших цінних метаболітів. 
Протягом останнього десятиліття розвиток технологій секвенування та функціональної анотації геномів значно розширив базу для побудови високоточної метаболічної реконструкції. Сучасні підходи поєднують геномні, транскриптомні, метаболомні та протеомні дані з потужними алгоритмами обробки, що дозволяє створювати контекстозалежні, верифіковані експериментально моделі метаболізму. Такі моделі використовуються не лише в базових наукових дослідженнях, а й у клінічній практиці – наприклад, для персоналізованої медицини, прогнозування дії антибіотиків або розробки мікробних консорціумів для терапевтичного застосування. 
У цьому контексті особливу актуальність набуває систематичний аналіз сучасних методологічних підходів до моделювання метаболічних шляхів прокаріотичних організмів із залученням відповідних інструментів, баз даних та платформ, що забезпечують надійність, масштабованість і практичну придатність створюваних моделей