Modelovanje metaboličkih mreža

Rekonstrukcija i simulacija metaboličkih mreža omogućava iscrpni uvid u molekularne mehanizme specifičnih organizama. Ovi modeli povezuju genom sa molelularnom fiziologijom.^[1] Rekonstrukcija razlaže metaboličke puteve (kao što su glikoliza i ciklus limunske kiseline) u njihove respektivne reakcije i enzime, i analizira ih sa perspective celokupne mreže. Pojednostavljeno gledano, rekonstrukcija prikuplja sve relevantne metaboličke informacije o jednom organizmu, i stavlja ih u kontekst matematičkog modela. Validacija i analiza rekonstrukcije mogu da omoguće identifikaciju ključnih svojstava metabolizma, kao što su porast prinosa, distribucija resursa, robusnost mreže, i esencijalnost gena. Ovo znanje se zatim može koristiti za kreiranje novih biotehnoloških rešenja.

Metabolička mreža prikazuje interakcije imeđu enzima i metabolita u ciklusu mlečne kiseline biljke . Enzimi i metaboliti su označeni crvenim tačkama, a interakcije među njima linijama.

Model metabolička mreža za bakteriju .

Generalno, proces izgradnje rekonstrukcije sledi ove korake:

1. Nacrt rekonstrukcije
2. Refiniranje modela
3. Konvertovanje modela u matematičko/računarsku reprezentaciju
4. Evaluacija i debagiranje modela putem eksperimentiranja

Metabolička rekonstrukcija na genomskoj skali

Metabolička rekonstrukcija pruža visoko matematičku, strukturiranu platformu na bazi koje se može razumeti sistemska biologija metaboličkih puteva unutar jednog organizma.^[2] Integracija biohemijskih metaboličkih puteva sa lako dostupnim genomskim sekvencima bez anotacije se razvila u takozvane metaboličke modele genomskih razmera. Jednostavno rečeno, ovi modeli odgovaraju metaboličkim genima sa metaboličkim putevima. Generalno, što više informacija o fiziologiji, biohemiji i genetici je dostupno za ciljani organizam, to je bolji prediktivni kapacitet rekonstruiranih modela. Mehanički govoreći, proces rekonstrukcije prokariotskih i eukariotskih metaboličkih mreža je u suštini isti. Eukariotske rekonstrukcije su doduše obično složenije zbog veličine genoma, pokrivenosti znanja i mnoštva ćelijskih kompartmana.^[2] Prvi metabolički model genomske veličine je bio generisan 1995. godine za bakteriju .^[3] Prvi višećelijski organizam, , je bio rekonstruisan 1998. godine.^[4] Od tada je formirano mnoštvo drugih rekonstrukcija.^[5]

Organizam	Gena u genomu	Gena u modelu	Reakcije	Metaboliti	Datum rekonstrukcije	Reference
	1,775	296	488	343	jun 1999	[3]
	4,405	660	627	438	maj 2000	[6]
	6,183	708	1,175	584	februar 2003	[7]
	28,287	473	1220	872	januar 2005	[8]
	21,090[9]	3,623	3,673	--	januar 2007	[10]
	4,402	661	939	828	jun 2007	[11]
	4,114	844	1,020	988	septembar 2007	[12]
	3,221	633	831	704	oktobar 2008	[13]
	4,489	1,083	1,087	774	april 2009	[14]
	27,379	1,419	1,567	1,748	februar 2010	[15]