Towards a hybrid model-driven platform based on flux balance analysis and a machine learning pipeline for biosystem design

通量平衡分析 基因敲除 计算生物学 焊剂(冶金) 表型 代谢工程 生物 基因 酿酒酵母 代谢通量分析 合成生物学 生物化学 人工智能 计算机科学 化学 新陈代谢 有机化学
作者
Debiao Wu,Feng Xu,Yaying Xu,Mingzhi Huang,Zhimin Li,Ju Chu
出处
期刊:Synthetic and Systems Biotechnology [Elsevier]
卷期号:9 (1): 33-42 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.synbio.2023.12.004
摘要

Metabolic modeling and machine learning (ML) are crucial components of the evolving next-generation tools in systems and synthetic biology, aiming to unravel the intricate relationship between genotype, phenotype, and the environment. Nonetheless, the comprehensive exploration of integrating these two frameworks, and fully harnessing the potential of fluxomic data, remains an unexplored territory. In this study, we present, rigorously evaluate, and compare ML-based techniques for data integration. The hybrid model revealed that the overexpression of six target genes and the knockout of seven target genes contribute to enhanced ethanol production. Specifically, we investigated the influence of succinate dehydrogenase (SDH) on ethanol biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae through shake flask experiments. The findings indicate a noticeable increase in ethanol yield, ranging from 6 % to 10 %, in SDH subunit gene knockout strains compared to the wild-type strain. Moreover, in pursuit of a high-yielding strain for ethanol production, dual-gene deletion experiments were conducted targeting glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GPD) and SDH. The results unequivocally demonstrate significant enhancements in ethanol production for the engineered strains Δsdh4Δgpd1, Δsdh5Δgpd1, Δsdh6Δgpd1, Δsdh4Δgpd2, Δsdh5Δgpd2, and Δsdh6Δgpd2, with improvements of 21.6 %, 27.9 %, and 22.7 %, respectively. Overall, the results highlighted that integrating mechanistic flux features substantially improves the prediction of gene knockout strains not accounted for in metabolic reconstructions. In addition, the finding in this study delivers valuable tools for comprehending and manipulating intricate phenotypes, thereby enhancing prediction accuracy and facilitating deeper insights into mechanistic aspects within the field of synthetic biology.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Xinxxx完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
动听的灵槐关注了科研通微信公众号
1秒前
Jasper应助诸葛半雪采纳,获得10
4秒前
4秒前
初晴完成签到,获得积分10
4秒前
Angleli完成签到,获得积分10
5秒前
华仔应助冷静无声采纳,获得20
6秒前
SHUAI完成签到,获得积分10
7秒前
干净的时光应助trista采纳,获得10
9秒前
一叶扁舟发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
hhhhh完成签到 ,获得积分10
10秒前
惜寒完成签到 ,获得积分10
12秒前
12秒前
ZYLZYL关注了科研通微信公众号
13秒前
14秒前
甜橙发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
不打扰完成签到 ,获得积分10
15秒前
16秒前
lincool完成签到 ,获得积分10
16秒前
风中的怜阳完成签到,获得积分10
18秒前
pufanlg发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
硕小牛完成签到,获得积分10
19秒前
kai发布了新的文献求助10
19秒前
春天发布了新的文献求助10
19秒前
田様应助jy采纳,获得10
21秒前
Alan完成签到 ,获得积分10
21秒前
上进生完成签到,获得积分10
21秒前
bei完成签到,获得积分10
21秒前
CDabin完成签到,获得积分10
23秒前
24秒前
24秒前
25秒前
大模型应助春天采纳,获得10
25秒前
甜橙完成签到,获得积分10
26秒前
一叶扁舟发布了新的文献求助10
26秒前
威武的紫丝完成签到,获得积分20
27秒前
高分求助中
Evolution 10000
ISSN 2159-8274 EISSN 2159-8290 1000
Becoming: An Introduction to Jung's Concept of Individuation 600
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 500
The Kinetic Nitration and Basicity of 1,2,4-Triazol-5-ones 440
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3159900
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2810945
关于积分的说明 7889920
捐赠科研通 2469918
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1315243
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 630768
版权声明 602012