Biotechnology for Biofuels：首次更新热纤梭菌的第二代基因组规模代谢模型iCth446

热纤梭菌是一种能将纤维素水解进而转化为生物燃料如乙醇的革兰氏阳性厌氧菌，一直以来都是联合生物加工（consolidated
bioprocessing，CBP）备受关注的候选菌。目前，热纤梭菌的代谢工程受阻于其代谢途径的不完全描述和一个预测代谢模型的调控。代谢动力模型增强的基因组规模代谢模型已被证实可有效地总结代谢表型。本研究首次更新了一个热纤梭菌的第二代基因组规模代谢模型（iCth446），可用于校正辅因子依赖性、恢复元素和电荷平衡、更新GAM和NGAM值以改善表现预测。进一步，他们又以iCth446作为一个支架，利用集成建模（Ensemble Modeling，EM）建立了一个热纤梭菌的中心代谢的核心动力学模型(k-ctherm118)。通过19个被测代谢物在乳酸，苹果酸，乙酸乙酯和产氢途径的发酵产量数据将模型参数化。

k-ctherm118模型捕捉到一些重要的代谢改变：氮限制导致乳酸、丙酮酸和氨基酸；乙醇胁迫导致细胞内磷酸糖类浓度增加（~1.5倍）由于辅因子库的上调。k-ctherm118模型的鲁棒性分析暗示一个酮醇酸还原异构酶次要活动的存在以及可能对缬氨酸和/或亮氨酸池水平的调节。此外，交叉验证与鲁棒性分析暗示了k-ctherm118模型缺少的元素，需要更多额外的实验去改善动力学模型预测的保真度。

图1.重构之前的iSR432模型后的iCth446模型的总览

总体而言，这项研究定量评估了基于EM的动力学模型的优势，并建立了一个预测动力学模型可用于设计生物燃料的高产菌株。

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