Modèle expression

Les modèles à l`échelle du génome du métabolisme et de l`expression macromoléculaire (ME-Models) calculent explicitement la composition protéomique optimale d`une cellule en croissance. Les modèles ME s`étendent sur les modèles de métabolisme bien établis à l`échelle du génome (modèles M), et ils permettent une nouvelle compréhension fondamentale de la croissance cellulaire. Les modèles ME ont augmenté les capacités prédictives et la précision en raison de leur inclusion des coûts de biosynthèse pour les machines de la vie, mais ils viennent avec une augmentation significative de la taille du modèle et de la complexité. Ce défi se traduit par des modèles à la fois difficiles à calculer et difficiles à comprendre conceptuellement. En conséquence, les modèles ME existent pour seulement deux organismes (Escherichia coli et Thermotoga maritima) et sont encore utilisés par relativement peu de chercheurs. Pour relever ces défis, nous avons développé une nouvelle infrastructure logicielle appelée COBRAme pour la création et la simulation de modèles ME. Il est codé en Python et construit sur COBRApy, une plate-forme populaire pour l`utilisation des modèles M. COBRAme rationalise le calcul et l`analyse des modèles ME. Il fournit des outils pour simplifier la construction et l`édition des modèles ME pour permettre des reconstructions ME-Model pour les nouveaux organismes. Nous avons utilisé COBRAme pour reconstruire un E. coli condensé ME-modèle appelé iJL1678b-ME. Ce modèle reformulé donne des solutions fonctionnellement identiques aux précédents E.

coli ME-Models tout en employant 1/6 le nombre de variables libres et résolvant en moins de 10 minutes, une amélioration marquée au cours du temps de résolution de 6 heures des formulations précédentes de modèle de ME. Des erreurs dans les modèles ME précédents ont également été corrigées conduisant à 52 gènes supplémentaires qui doivent être exprimés dans iJL1678b-ME pour croître en aérogénique dans le glucose minimal dans les milieux silico. Ce manuscrit décrit l`architecture de COBRAme et démontre comment les modèles ME peuvent être créés, modifiés et partagés plus efficacement à l`aide de la nouvelle infrastructure logicielle. La procédure utilisée pour construire iJL1678b-ME en utilisant COBRAme et ECOLIme est présentée dans le script de construction, `build_me_model` (Fig. 2). Ce script passe par chacun des principaux processus d`expression génique modélisé dans iJL1678b-ME et utilise ECOLIme pour charger toutes les informations pertinentes. Une fois les informations chargées, elles sont utilisées pour créer et remplir des instances ProcessData associées aux informations. Chacune des instances ProcessData est ensuite liée à l`instance MEReaction appropriée et mise à jour pour former un modèle ME fonctionnel (Fig. 2).

La Division du modèle en ProcessData et en MEReactions permet une variété de simplifications de modèle. Par exemple, les réactions qui surviennent dans un certain nombre d`étapes individuelles ou de sous-réactions (c.-à-d. la formation de ribosomes, la traduction, etc.) peuvent être regroupées en une seule réaction. Le MEReaction unique en grume peut être construit en l`associant à plusieurs instances ProcessData qui détaillent les sous-réactions individuelles impliquées dans la réaction globale.