مدل سازی فرآیند متابولیکی pseudomonas aeruginosa و کاربرد آن در عملکرد پیلهای سوختی میکربی

در این مطالعه مدل سازی شبکه متابولیکی میکروارگانیسم سودوموناس ائروجینوزا به منظور تولید پیگمان پایوسیانین انجام شد. این پیگمان حامل الکترون بوده و انتقال الکترون از سلول به پذیرنده الکترون را سهولت می بخشد. علاوه بر این علت دیگری که منجر به انتخاب میکروارگانیسم سودوموناس ائروجینوزا شد امکان فعالیت این میکروارگانیسم در شرایط بی هوازی است که شرایط حاکم بر پیل های سوختی میکروبی می باشد. پیل های سوختی میکروبی از جمله پیل های الکتروبیوشیمیایی هستند که با استفاده از فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم های بی هوازی تولید الکتریسیته می کنند. در این پیل ها می توان از فاضلاب به عنوان خوراک ورودی استفاده کرد و ضمن تصفیه آن الکتریسیته نیز تولید نمود؛ این مزیت اصلی پیل های سوختی میکروبی است. افزایش توان تولیدی این پیل ها ، همواره یکی از اهداف اصلی محققان بوده است. آنالیز شارهای متابولیکی که برپایه ی واکنش های موجود در سیستم عمل می کند؛ ابزار بسیار مناسبی برای به دست آوردن میزان شارهای نامعلوم موجود در سیستم است علاوه براین با استفاده از این آنالیز می توان نقاط حساس در تولید محصول مورد نظر را شناسایی و بررسی کرد. پس با مدل سازی شبکه متابولیکی میکروارگانیسم سوموناس ائروجینوزا و بهینه سازی تولید پایوسیانین (به عنوان حامل الکترون) می توان انتظار داشت که الکترون بیشتری به آند انتقال یافته و در نتیجه بازده این پیل ها افزایش یابد. به دلیل اینکه شبکه ی متابولیکی این میکروارگانیسم در شرایط بی هوازی به صورت مدون در دسترس نبود، با بررسی منابع مختلف این شبکه تدوین شد که شامل 61 متابولیت و 100 واکنش مربوط به آن ها می باشد. سپس از آنالیز شار متابولیکی و برنامه ریزی خطی جهت بهینه سازی تابع هدف مورد نظر کمک گرفته شد و نتایج پیش بینی شده توسط مدل با نتایج آزمایشگاهی ارایه شده توسط دیگران مقایسه گردید. وجود خطای کم در پیش بینی مقدار نرخ رشد ویژه میکروارگانیسم نشان دهنده ی دقت مناسب مدل ارائه شده در این مطالعه می باشد. میزان تولید بیشینه پایوسیانین و توزیع شار متابولیکی متناظر با این بیشینه سازی توسط مدل برآورد شد. بر طبق پیش بینی های مدل، این میکروارگانیسم توانایی تولید بیشتر پایوسیانین (55% افزایش تولید پایوسیانین) تحت شرایط مناسب را داراست. این نتایج می تواند برای اصلاحات ژنتیکی این میکروارگانیسم در جهت افزایش تولید این حامل الکترونی مورد استفاده قرار گیرد و افزایش بازده ی چشمگیر پیل های سوختی میکروبی را به همراه داشته باشد. با توجه به تایید مدل توسط داده های آزمایشی و قابل اعتماد بودن مدل امکان کاربرد آن در تحقیقات آتی فراهم شده است.