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Como usar o FBA para encontrar o melhor caminho para os microrganismos produzirem produtos químicos industriais?
Em bioquímica, a análise de balanço de fluxo (FBA) é um método matemático para simular o metabolismo de células ou organismos unicelulares, como Escherichia coli ou levedura. Por meio da reconstrução da rede metabólica de todo o genoma, o FBA pode detalhar todas as reações bioquímicas em um organismo e calcular fluxos metabólicos sob condições específicas. Na comunidade biotecnológica atual, a FBA se tornou uma ferramenta eficaz para encontrar a produção microbiana de produtos químicos industriais e pode identificar sistematicamente os melhores caminhos para a produção de produtos farmacêuticos ou industriais importantes.
O FBA fornece uma abordagem mais eficiente e simplificada para modelagem de histórico metabólico porque requer muito menos dados de entrada do que os métodos tradicionais.
Princípios básicos da FBA
A análise do equilíbrio de fluxo é baseada nas reações químicas de uma rede metabólica e assume que o sistema está em estado estacionário, ou seja, as taxas entre produção e consumo estão equilibradas e permanecem constantes ao longo do tempo. Sob essa suposição, o processo metabólico pode ser simplificado em um conjunto de equações lineares, e a distribuição ideal do fluxo metabólico pode ser obtida por meio de métodos de programação linear.
Antecedentes históricos da FBA
O método FBA remonta à década de 1980, quando o pesquisador Papoutsakis demonstrou a possibilidade de usar mapas metabólicos para construir equações de equilíbrio de fluxo, e Watson propôs ainda a ideia de usar programação linear para resolver fluxos de vias. Pesquisas subsequentes promoveram ainda mais a aplicação desse método na bioengenharia.
Aplicação do FBA
O FBA tem sido amplamente utilizado na engenharia de bioprocessos, como na melhoria da produção de produtos químicos industriais, como álcool e ácido sulfúrico, por meio da descoberta sistemática de possíveis modificações em redes metabólicas microbianas. Este método não é apenas de grande importância no aumento da produção, mas também pode fornecer suporte para a identificação de alvos de medicamentos para câncer e microrganismos patogênicos.
Com o FBA, podemos construir modelos para prever o crescimento microbiano e a geração de produtos em diferentes ambientes.
Tecnologia de análise de rendimento
Na FBA, estudos de deleção e perturbação de reações são uma técnica comum para explorar a criticidade de reações específicas em toda a rede metabólica. Por exemplo, a exclusão de reações individuais pode ajudar a determinar quais reações são críticas para a produção de biomassa. Investigações mais aprofundadas de deleções reativas duplas podem ajudar a identificar o potencial de medicamentos multialvo.
Otimização de mídia de crescimento
Ao usar a análise do plano de fase fenotípica (PhPP), a FBA pode ser aplicada iterativamente em modelos para ajustar as restrições de absorção de nutrientes, otimizando assim o meio de crescimento para aumentar a taxa de crescimento microbiano e a secreção do produto para atender às necessidades industriais.
Perspectivas futuras
Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia e a melhoria do poder de computação, a FBA desempenhará um papel cada vez mais importante na engenharia metabólica microbiana. Não se limita às aplicações atuais, mas tem o potencial de desempenhar um papel fundamental nas novas gerações de pesquisas em biotecnologia, especialmente no design de novas vias biossintéticas e produtos biotecnológicos.
Como a FBA pode prever e otimizar o potencial de geração de produtos de microrganismos com antecedência e promover ainda mais a produção e o desenvolvimento de produtos químicos industriais?
