Η βασική διαφορά μεταξύ της ανάλυσης μεταβολικής ροής και της ανάλυσης ισορροπίας ροής είναι ότι η ανάλυση μεταβολικής ροής είναι μια τεχνική fluxomics απεικόνισης για την ανάλυση των ρυθμών παραγωγής και κατανάλωσης μεταβολιτών σε ένα βιολογικό σύστημα, ενώ η ανάλυση ισορροπίας ροής είναι μια μαθηματική τεχνική fluxomics για ανάλυση η ροή των μεταβολιτών μέσω ενός μεταβολικού δικτύου.
Το Fluxomics αναφέρεται σε διάφορες προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των ρυθμών μεταβολικών αντιδράσεων μέσα σε ένα βιολογικό σύστημα. Η σημασία του fluxomics είναι ότι οι μεταβολικές ροές συνήθως καθορίζουν τους κυτταρικούς φαινότυπους. Η μεταβολική ροή είναι η μετατροπή μεταβολίτη σε ένα μεταβολικό δίκτυο. Υπάρχουν δύο σημαντικές τεχνολογίες fluxomics ή ανάλυσης ροής. Είναι ανάλυση μεταβολικής ροής και ανάλυση ισορροπίας ροής.
Τι είναι η Ανάλυση Μεταβολικής Ροής;
Η ανάλυση μεταβολικής ροής (MFA) είναι μια τεχνική fluxomics απεικόνισης που αναλύει τους ρυθμούς παραγωγής και κατανάλωσης μεταβολιτών σε ένα βιολογικό σύστημα. Αυτή η τεχνική επιτρέπει τον ποσοτικό προσδιορισμό των μεταβολιτών σε ενδοκυτταρικό επίπεδο. Επομένως, αυτή η τεχνική διευκρινίζει τον κεντρικό μεταβολισμό του κυττάρου. Στην ανάλυση μεταβολικής ροής, η μέθοδος που βασίζεται στο 13C fluxomics χρησιμοποιείται συνήθως για την ανάλυση ροής. Στο 13C fluxomics, οι μεταβολικές πρόδρομες ουσίες εμπλουτίζονται με 13C πριν από την εισαγωγή τους στο βιολογικό σύστημα. Αργότερα, χρησιμοποιώντας τεχνικές απεικόνισης όπως η φασματοσκοπία μάζας και η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, μετράται το επίπεδο ενσωμάτωσης του 13C στους μεταβολίτες.
Εικόνα 01: Ανάλυση μεταβολικής ροής
Επιπλέον, οι μεταβολικές ροές μπορούν να μετρηθούν με στοιχειομετρία. Στην ανάλυση μεταβολικής ροής, τα στοιχειομετρικά μοντέλα και οι μέθοδοι φασματομετρίας μάζας καθορίζουν τη μεταφορά τμημάτων που περιέχουν ισοτοπικούς ιχνηθέτες από έναν μεταβολίτη σε έναν άλλο σε ένα μεταβολικό δίκτυο. Έτσι, αυτή η τεχνική μπορεί να αντλήσει πληροφορίες για ολόκληρο το μεταβολικό δίκτυο και τον κυτταρικό φαινότυπο. Επιπλέον, η ανάλυση μεταβολικής ροής έχει πολλές εφαρμογές. Αυτή η τεχνική μπορεί να καθορίσει τα όρια στην ικανότητα ενός βιολογικού συστήματος να παράγει έναν βιοχημικό παράγοντα όπως η αιθανόλη. Επιπλέον, αυτή η τεχνική μπορεί να προβλέψει την απόκριση σε γονιδιακές προσθήκες ή νοκ-άουτ.
Τι είναι η Ανάλυση υπολοίπου ροής;
Η ανάλυση ισορροπίας ροής (FBA) είναι μια μαθηματική τεχνική fluxomics που αναλύει τη ροή των μεταβολιτών μέσω ενός μεταβολικού δικτύου. Γίνεται μέσω μιας διαδικασίας δύο βημάτων. Στο πρώτο βήμα, οι μεταβολικές αντιδράσεις αναπαρίστανται μαθηματικά με τη μορφή μιας αριθμητικής μήτρας που περιέχει στοιχειομετρικούς συντελεστές κάθε αντίδρασης. Αυτοί οι στοιχειομετρικοί συντελεστές επιβάλλουν περιορισμούς στο μοντέλο του συστήματος. Παρέχοντας περιορισμούς όπως αυτός, μειώνονται τα πιθανά σύνολα λύσεων στο σύστημα. Στο δεύτερο βήμα, ακολουθώντας τις προσθήκες περιορισμών, το μοντέλο του συστήματος βελτιστοποιείται. Η ανάλυση ισορροπίας ροής υπολογίζει τη ροή των μεταβολιτών σε ένα μεταβολικό δίκτυο χρησιμοποιώντας τον παραπάνω μηχανισμό. Ως εκ τούτου, είναι δυνατό να προβλεφθεί ο ρυθμός ανάπτυξης ενός οργανισμού ή ο ρυθμός παραγωγής ενός βιοτεχνολογικά σημαντικού μεταβολίτη μέσω FBA.
Εικόνα 02: Ανάλυση ισοζυγίου ροής
Οι πόροι για την ανάλυση ισορροπίας ροής περιλαμβάνουν τη βάση δεδομένων BIGG, την εργαλειοθήκη COBRA και το FASIMU (FBA simulation software metabolomics). Η ανάλυση ισορροπίας ροής έχει ποικίλες χρήσεις σε φυσιολογικές μελέτες, προσπάθειες πλήρωσης κενών και συνθετική βιολογία κλίμακας γονιδιώματος. Επιπλέον, το FBA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της απόδοσης σημαντικών συμπαραγόντων όπως το ATP, το NADH ή το NADPH.
Ομοιότητες μεταξύ της ανάλυσης μεταβολικής ροής και της ανάλυσης ισορροπίας ροής
- Η ανάλυση μεταβολικής ροής και η ανάλυση ισορροπίας ροής είναι τεχνολογίες ανάλυσης ροής.
- Και οι δύο τεχνικές εμπίπτουν στον τομέα της βιολογίας συστημάτων
- Αυτές οι τεχνικές μπορούν να προσδιορίσουν τη μεταβολική ροή σε ένα βιολογικό σύστημα.
- Αυτές οι τεχνικές έχουν ευρεία εφαρμογή.
- Και οι δύο τεχνικές μπορούν να καθορίσουν τον κυτταρικό φαινότυπο.
Διαφορά μεταξύ της ανάλυσης μεταβολικής ροής και της ανάλυσης ισορροπίας ροής
Η ανάλυση μεταβολικής ροής είναι μια τεχνική fluxomics απεικόνισης που χρησιμοποιείται για την ανάλυση των ρυθμών παραγωγής και κατανάλωσης μεταβολιτών σε ένα βιολογικό σύστημα, ενώ η ανάλυση ισορροπίας ροής είναι μια μαθηματική τεχνική ροής που αναλύει τη ροή των μεταβολιτών μέσω ενός μεταβολικού δικτύου. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της ανάλυσης μεταβολικής ροής και της ανάλυσης ισορροπίας ροής. Επιπλέον, η ανάλυση μεταβολικής ροής χρησιμοποιεί φασματομετρία μάζας ή πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό για τον προσδιορισμό των μεταβολικών ροών, ενώ η ανάλυση ισορροπίας ροής χρησιμοποιεί μια μαθηματική (αριθμητική) μήτρα για τον προσδιορισμό των μεταβολικών ροών.
Το παρακάτω infographic παραθέτει τις διαφορές μεταξύ της ανάλυσης μεταβολικής ροής και της ανάλυσης ισορροπίας ροής σε μορφή πίνακα για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Ανάλυση μεταβολικής ροής έναντι ανάλυσης ισορροπίας ροής
Οι τεχνολογίες ανάλυσης ροής (fluxomics) χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των ρυθμών μεταβολικών αντιδράσεων σε ένα βιολογικό σύστημα. Υπάρχουν δύο κύριες τεχνολογίες ανάλυσης ροής. Είναι ανάλυση μεταβολικής ροής και ανάλυση ισορροπίας ροής. Η ανάλυση μεταβολικής ροής είναι μια τεχνική fluxomics απεικόνισης για την ανάλυση των ρυθμών παραγωγής και κατανάλωσης μεταβολιτών σε ένα βιολογικό σύστημα, ενώ η ανάλυση ισορροπίας ροής είναι μια μαθηματική τεχνική fluxomics για την ανάλυση της ροής μεταβολιτών μέσω ενός μεταβολικού δικτύου. Έτσι, αυτό συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ της ανάλυσης μεταβολικής ροής και της ανάλυσης ισορροπίας ροής.
