Uso racional de ferramentas de engenharia metabólica: produção bacteriana de hidrogênio e de violaceína

Abstract

A quantificação da magnitude de cada um dos fluxos celulares sempre foi um importante objetivo na engenharia metabólica, principalmente com relação à produção de metabólitos de interesse comercial ou científico. Uma ferramenta poderosa para determinação das taxas dos fluxos em vias metabólicas é a análise de fluxo metabólico (MFA), onde taxas de fluxos intracelulares são calculadas usando modelos estequiométricos de uma gama de reações intracelulares e aplicação de balanços de massa. No entanto, MFA por si só não fornece qualquer medida quantitativa do controle de fluxo, que é importante para manter as taxas de síntese e conversão diante de uma grande gama de condições externas. Além disso, o entendimento dos controles de fluxo é importante para modificação racional dos fluxos metabólicos, que é um dos objetivos centrais da engenharia metabólica. Tal informação é fornecida pela análise de controle metabólico (MCA). O MATLAB® apresenta uma família de funções que servem a aplicações específicas, chamadas toolboxes. Toolboxes são coleções de funções do MATLAB® (arquivos .M) que estendem o ambiente do MATLAB® para resolver classes particulares de problemas. O presente trabalho tem como objetivo principal a apresentação de um toolbox para o MATLAB® que integra a maioria das ferramentas e cálculos em análise de fluxo metabólico (MFA) e análise de controle metabólico (MCA), o ME Toolbox. A versão atual do ME Toolbox permite a obtenção de fluxos intracelulares, melhoria dos fluxos por reconciliação estatística, análise de sensibilidade, análise de fluxo metabólico usando métodos de marcadores isotópicos, e análise de controle metabólico para redes lineares e bifurcadas, abrangendo assim uma grande gama de possibilidades em engenharia metabólica. O ME Toolbox foi aplicado para produção de hidrogênio por Clostridium butyricum, um potencial substituto para combustíveis à base de carbono, e para produção de violaceína por Chromobacterium violaceum, pigmento de cor violeta que apresenta atividade antimicrobiana, antiviral, e antitumoral.