Avainero aineenvaihduntavirta-analyysin ja virtaustasapainoanalyysin välillä on se, että aineenvaihduntavirta-analyysi on kuvantamisen fluxomiikkatekniikka aineenvaihduntatuotteiden tuotannon ja kulutuksen analysoimiseksi biologisessa järjestelmässä, kun taas virtaustasapainoanalyysi on matemaattinen fluxomiikan tekniikka analysointiin metaboliittien virtaus aineenvaihduntaverkoston läpi.
Fluxomics viittaa erilaisiin lähestymistapoihin, joita käytetään aineenvaihduntareaktioiden nopeuden määrittämiseen biologisessa järjestelmässä. Fluxomiikan merkitys on siinä, että aineenvaihduntavirrat määräävät yleensä solujen fenotyypit. Metabolinen virtaus on metaboliitin konversio aineenvaihduntaverkostossa. On olemassa kaksi tärkeää fluxomiikka- tai vuoanalyysitekniikkaa. Ne ovat aineenvaihduntavirta-analyysiä ja virtaustasapainoanalyysiä.
Mikä on aineenvaihduntavirtaanalyysi?
Metabolic flux analysis (MFA) on kuvantamisen fluxomiikkatekniikka, joka analysoi metaboliittien tuotanto- ja kulutusnopeuksia biologisessa järjestelmässä. Tämä tekniikka mahdollistaa metaboliittien kvantifioinnin solunsisäisellä tasolla. Siksi tämä tekniikka selventää solun keskusaineenvaihduntaa. Aineenvaihduntavuoanalyysissä 13C fluxomiikkaan perustuvaa menetelmää käytetään yleisesti vuoanalyysiin. 13C-fluksomiikassa aineenvaihdunnan esiasteita rikastetaan 13C:lla ennen niiden viemistä biologiseen järjestelmään. Myöhemmin, käyttämällä kuvantamistekniikoita, kuten massaspektrometriaa ja ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa, mitataan 13C:n sisällyttäminen metaboliitteihin.
Kuva 01: Metabolisen virtauksen analyysi
Lisäksi aineenvaihduntavirtoja voidaan mitata stoikiometrialla. Aineenvaihduntavirta-analyysissä stoikiometriset mallit ja massaspektrometriset menetelmät määrittävät isotooppisia merkkiaineita sisältävien osien siirtymisen metaboliitista toiseen aineenvaihduntaverkostossa. Siten tämä tekniikka voi saada tietoa koko metabolisesta verkosta ja solujen fenotyypistä. Lisäksi aineenvaihduntavirtausanalyysillä on monia sovelluksia. Tämä tekniikka voi määrittää rajat biologisen järjestelmän kyvylle tuottaa biokemiallista ainetta, kuten etanolia. Tämän lisäksi tämä tekniikka voi ennustaa vasteen geenilisäyksiin tai -poistoihin.
Mikä on vuotasapainoanalyysi?
Flux tasapainoanalyysi (FBA) on matemaattinen fluxomiikan tekniikka, joka analysoi metaboliittien virtausta aineenvaihduntaverkon läpi. Se tehdään kaksivaiheisella prosessilla. Ensimmäisessä vaiheessa metaboliset reaktiot esitetään matemaattisesti numeerisen matriisin muodossa, joka sisältää kunkin reaktion stoikiometriset kertoimet. Nämä stoikiometriset kertoimet asettavat rajoituksia järjestelmämallille. Tarjoamalla tällaisia rajoituksia järjestelmän mahdollisia ratkaisuja vähennetään. Toisessa vaiheessa rajoitteiden lisäyksen jälkeen järjestelmämalli optimoidaan. Virtaustasapainoanalyysi laskee metaboliittien virtauksen aineenvaihduntaverkostossa käyttämällä yllä olevaa mekanismia. Näin ollen on mahdollista ennustaa organismin kasvunopeus tai bioteknologisesti tärkeän metaboliitin tuotantonopeus FBA:n avulla.
Kuva 02: Vuotannon analyysi
Vuotasapainoanalyysin resursseja ovat BIGG-tietokanta, COBRA-työkalupakki ja FASIMU (FBA-simulointiohjelmiston metabolomiikka). Vuotustasapainoanalyysillä on monia käyttötarkoituksia fysiologisissa tutkimuksissa, aukkojen täyttämisessä ja genomimittakaavassa synteettisessä biologiassa. Lisäksi FBA:ta voidaan käyttää myös tärkeiden kofaktorien, kuten ATP:n, NADH:n tai NADPH:n, saannon ennustamiseen.
Metabolisen vuoanalyysin ja vuotasapainoanalyysin samank altaisuudet
- Aineenvaihduntavirta-analyysi ja vuotasapainoanalyysi ovat vuoanalyysiteknologioita.
- Molemmat tekniikat kuuluvat systeemibiologian alaan
- Näillä tekniikoilla voidaan määrittää aineenvaihduntavirta biologisessa järjestelmässä.
- Näillä tekniikoilla on laajat sovellukset.
- Molemmat tekniikat voivat määrittää solun fenotyypin.
Metabolisen vuoanalyysin ja virtaustasoanalyysin välinen ero
Aineenvaihduntavirta-analyysi on kuvantamisen fluxomiikan tekniikka, jota käytetään metaboliittien tuotannon ja kulutuksen analysointiin biologisessa järjestelmässä, kun taas virtaustasapainoanalyysi on matemaattinen fluxomiikan tekniikka, joka analysoi aineenvaihduntatuotteiden virtausta aineenvaihduntaverkon läpi. Joten tämä on avainero metabolisen virtausanalyysin ja virtaustasapainoanalyysin välillä. Lisäksi aineenvaihduntavuoanalyysissä käytetään massaspektrometriaa tai ydinmagneettista resonanssia aineenvaihduntavirtojen määrittämiseen, kun taas vuotasapainoanalyysissä käytetään matemaattista (numeerista) matriisia aineenvaihduntavirtojen määrittämiseen.
Seuraava infografiikka luettelee aineenvaihduntavirta-analyysin ja virtaustasapainoanalyysin väliset erot taulukkomuodossa vierekkäin vertailua varten.
Yhteenveto – Metabolic Flux Analysis vs Flux Balance Analysis
Vuoanalyysin (fluksomiikka) tekniikoita käytetään aineenvaihduntareaktioiden nopeuden määrittämiseen biologisessa järjestelmässä. On olemassa kaksi tärkeintä vuoanalyysitekniikkaa. Ne ovat aineenvaihdunnan virtausanalyysi ja virtaustasapainoanalyysi. Metabolinen vuoanalyysi on kuvantamisen fluxomiikan tekniikka aineenvaihduntatuotteiden tuotannon ja kulutuksen analysoimiseksi biologisessa järjestelmässä, kun taas virtaustasapainoanalyysi on matemaattinen fluxomiikan tekniikka metaboliittien virtauksen analysoimiseksi aineenvaihduntaverkon läpi. Näin ollen tämä tekee yhteenvedon erosta aineenvaihduntavirta-analyysin ja virtaustasapainoanalyysin välillä.
