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Comment utiliser FBA pour trouver la meilleure voie permettant aux micro-organismes de produire des produits chimiques industriels ?
En biochimie, l'analyse du bilan de flux (FBA) est une méthode mathématique permettant de simuler le métabolisme des cellules ou des organismes unicellulaires tels qu'Escherichia coli ou la levure. Grâce à la reconstruction du réseau métabolique à l'échelle du génome, FBA peut détailler toutes les réactions biochimiques d'un organisme et calculer les flux métaboliques dans des conditions spécifiques. Dans la communauté biotechnologique d’aujourd’hui, la FBA est devenue un outil efficace pour trouver la production microbienne de produits chimiques industriels et peut identifier systématiquement les meilleures voies pour la production de produits pharmaceutiquement ou industriellement importants.
FBA fournit une approche plus efficace et rationalisée pour la modélisation du contexte métabolique car elle nécessite beaucoup moins de données d'entrée que les méthodes traditionnelles.
Principes de base de FBA
L'analyse du bilan de flux est basée sur les réactions chimiques d'un réseau métabolique et suppose que le système est dans un état stable, c'est-à-dire que les taux entre la production et la consommation sont équilibrés et restent constants dans le temps. Sous cette hypothèse, le processus métabolique peut être simplifié en un ensemble d’équations linéaires, et la distribution optimale du flux métabolique peut être obtenue grâce à des méthodes de programmation linéaire.
Contexte historique de FBA
La méthode FBA remonte aux années 1980, lorsque le chercheur Papoutsakis a démontré la possibilité d'utiliser des cartes métaboliques pour construire des équations d'équilibre des flux, et Watson a en outre proposé l'idée d'utiliser la programmation linéaire pour résoudre les flux de voies. Des recherches ultérieures ont encore favorisé l’application de cette méthode en bio-ingénierie.
Application de la FBA
Le FBA a été largement utilisé dans l'ingénierie des bioprocédés, notamment pour améliorer la production de produits chimiques industriels tels que l'alcool et l'acide sulfurique en trouvant systématiquement des modifications potentielles dans les réseaux métaboliques microbiens. Cette méthode est non seulement d’une grande importance pour augmenter la production, mais peut également fournir un soutien à l’identification de cibles médicamenteuses pour le cancer et les micro-organismes pathogènes.
Avec FBA, nous sommes en mesure de créer des modèles pour prédire la croissance microbienne et la génération de produits dans différents environnements.
Technologie d'analyse du débit
En FBA, les études de suppression et de perturbation de réaction sont une technique courante pour explorer la criticité de réactions spécifiques dans l'ensemble du réseau métabolique. Par exemple, la suppression de réactions individuelles peut aider à déterminer quelles réactions sont essentielles à la production de biomasse. Des recherches plus poussées sur les délétions à double réaction pourraient aider à identifier le potentiel de médicaments multi-cibles.
Optimisation des milieux de croissance
En utilisant l'analyse du plan de phase phénotypique (PhPP), la FBA peut être appliquée de manière itérative dans les modèles pour ajuster les contraintes d'absorption des nutriments, optimisant ainsi les milieux de croissance pour améliorer le taux de croissance microbienne et la sécrétion de produits afin de répondre aux besoins industriels.
Perspectives d'avenir
Avec le développement de la science et de la technologie et l’amélioration de la puissance de calcul, FBA jouera un rôle de plus en plus important dans l’ingénierie métabolique microbienne. Elle ne se limite pas aux applications actuelles mais a le potentiel de jouer un rôle clé dans les nouvelles générations de recherche en biotechnologie, notamment dans la conception de nouvelles voies de biosynthèse et de produits biotechnologiques.
Comment FBA peut-il prédire et optimiser à l'avance le potentiel de génération de produits des micro-organismes et promouvoir davantage la production et le développement de produits chimiques industriels ?
