Reconstrucción Metabólica a Escala Genómica y Análisis de Perturbaciones de la Diatomea Polar Predice Alta Robustez Metabólica
Autores: Lavoie, Michel; Saint-Béat, Blanche; Strauss, Jan; Guérin, Sébastien; Allard, Antoine; V. Hardy, Simon; Falciatore, Angela; Lavaud, Johann
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Reconstrucción Metabólica a Escala Genómica y Análisis de Perturbaciones de la Diatomea Polar Predice Alta Robustez Metabólica
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Biología
Palabras clave
Diatomeas
Metabolismo
Entornos polares
Tasa de crecimiento
Modelo a escala genómica
Robustez metabólica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Las diatomeas son productores primarios importantes en entornos polares donde pueden crecer activamente bajo condiciones extremadamente variables. La modelización integrativa utilizando un modelo a escala genómica (GSM) es un enfoque poderoso para descifrar las complejas interacciones entre los componentes del metabolismo de las diatomeas y puede proporcionar información sobre los mecanismos metabólicos que subyacen a su éxito evolutivo en los ecosistemas polares. Desarrollamos el primer GSM para una diatomea polar, lo que nos permitió estudiar su robustez metabólica utilizando análisis de sensibilidad. Encontramos que la tasa de crecimiento predicha era robusta a cambios en todos los parámetros del modelo (es decir, composición bioquímica celular) excepto en la tasa de absorción de carbono. Las restricciones sobre el carbono celular total amortiguan el efecto de los cambios en los parámetros de entrada sobre los flujos de reacción y la tasa de crecimiento. También mostramos que la eliminación de una sola reacción del 20% al 32% de las reacciones activas (de flujo no cero) y la eliminación de un solo gen del 44% al 55% de los genes asociados con reacciones activas afectaron la tasa de crecimiento, así como los flujos de producción de proteína total, lípidos, carbohidratos, ADN, ARN y pigmentos en menos del 1%, lo que se debió a la activación de reacciones compensatorias (por ejemplo, enzimas análogas y vías alternativas) con metabolitos más altamente conectados involucrados en las reacciones que eran robustas a la eliminación. Curiosamente, incluir alelos altamente divergentes únicos para aumentó aún más su robustez metabólica a perturbaciones celulares. En general, nuestros resultados subrayan la alta robustez del metabolismo en, una característica que probablemente ayuda a mantener la homeostasis celular en condiciones polares.
Descripción
Las diatomeas son productores primarios importantes en entornos polares donde pueden crecer activamente bajo condiciones extremadamente variables. La modelización integrativa utilizando un modelo a escala genómica (GSM) es un enfoque poderoso para descifrar las complejas interacciones entre los componentes del metabolismo de las diatomeas y puede proporcionar información sobre los mecanismos metabólicos que subyacen a su éxito evolutivo en los ecosistemas polares. Desarrollamos el primer GSM para una diatomea polar, lo que nos permitió estudiar su robustez metabólica utilizando análisis de sensibilidad. Encontramos que la tasa de crecimiento predicha era robusta a cambios en todos los parámetros del modelo (es decir, composición bioquímica celular) excepto en la tasa de absorción de carbono. Las restricciones sobre el carbono celular total amortiguan el efecto de los cambios en los parámetros de entrada sobre los flujos de reacción y la tasa de crecimiento. También mostramos que la eliminación de una sola reacción del 20% al 32% de las reacciones activas (de flujo no cero) y la eliminación de un solo gen del 44% al 55% de los genes asociados con reacciones activas afectaron la tasa de crecimiento, así como los flujos de producción de proteína total, lípidos, carbohidratos, ADN, ARN y pigmentos en menos del 1%, lo que se debió a la activación de reacciones compensatorias (por ejemplo, enzimas análogas y vías alternativas) con metabolitos más altamente conectados involucrados en las reacciones que eran robustas a la eliminación. Curiosamente, incluir alelos altamente divergentes únicos para aumentó aún más su robustez metabólica a perturbaciones celulares. En general, nuestros resultados subrayan la alta robustez del metabolismo en, una característica que probablemente ayuda a mantener la homeostasis celular en condiciones polares.