Bioinformatics based metabolic network reconstruction of levan producing halomonas Smyrnensis AAD6 - Özer, Tuğba (My University, 2013)
LEVAN ÜRETEN Halomonas smyrnensis AAD6 İÇİN BİYOİNFORMATİK TEMELLİ METABOLİK AĞYAPI OLUŞTURULMASI Halomonas smyrnensis AAD6, gram negatif, aerobik, ekzopolisakkarit üreten halofilik bir bakteridir. Bakterinin gıda, yem, kozmetik, ilaç ve kimya endüstrisinde göze çarpan özelliklerinden dolayı pek çok kullanım alanı bulunan fruktoz homopolimeri olan levanı yüksek miktarda ürettiği bilinmektedir. Daha önce, Halomonas smyrnensis AAD6’ nın tüm genom sekansı iki farklı yeni nesil dizileme teknolojisi ile gerçekleştirildi. Halomonas smyrnensis AAD6’ nın genomik, biyokimyasal ve fiziksel özelliklerine dayanarak otomatik olmayan fakat yinelemeli bir işlemle metabolik ağyapısı oluşturuldu. Daha sonra metabolik ağyapı, levan biyosentezi ile ilgili metabolik yol izlerinin gen-enzim-reaksiyon ilişkisi yardımıyla stokiometrik bir modele dönüştürüldü. Bu model 429 tepkime ve 383 metabolitten oluşmaktadır. Büyüme ve levan sentezi için karbon kaynağı olarak sükrozun kullanıldığı deneysel verilere karşı, model akı denge analizi kullanılarak geniş kapsamlı olarak doğrulandı. Farklı optimizasyon algoritmaları ve hedef fonksiyonları kullanarak bilgisayar ortamındaki benzetimler aracılığıyla, levan üretimini artırıcı optimum stratejiler üzerine hipotezler üretildi. Gen delesyon ve ekspresyon hedefleriyle büyüme ortamı bileşenlerinin optimizasyonunu hedef alan 495 metabolizma mühendisliği stratejileri elde edildi. Bu çalışma, levan üreten mikroorganizmanın ilk genom ölçekli metabolik ağyapı modelini sunmaktadır ve levan biyosentezini artırıcı stratejiler önermektedir. Ayrıca, bu sonuçlar levan üretimini artırmak için sistem biyolojisi yaklaşımı ve metabolizma mühendisliği stratejilerinin tasarlanması doğrultusunda halofilik bakteri ile ilgili çalışmaları hızlandıracaktır.

BIOINFORMATICS BASED METABOLIC NETWORK RECONSTRUCTION OF LEVAN PRODUCING Halomonas smyrnensis AAD6 Halomonas smyrnensis AAD6 is a gram negative, aerobic, exopolysaccaride-producing and moderately halophilic bacterium. The bacterium is known to produce high levels of levan, which is a fructose homopolymer with many potential uses in foods, feeds, cosmetics, pharmaceutical and chemical industries due to its outstanding properties. Previously, the whole genome sequence analysis of Halomonas smyrnensis AAD6 was performed using two different next-generation sequencing technologies. Based on the genomic, biochemical and physiological information on Halomonas smyrnensis AAD6, the metabolic network was constructed via a non-automated but iterative process. Then, the metabolic network is converted into a stoichiometric model via the gene-enzyme-reaction associations of the metabolic pathways regarding levan biosynthesis. This model accounts for 429 reactions, and 383 metabolites. Using flux balance analysis, the model was extensively validated against experimental data on the use of sucrose as carbon source for both growth and levan synthesis. Via in silico simulations using different optimization algorithms and objective functions, hypotheses on the optimal strategies for enhanced levan production were generated. 495 metabolic engineering strategies were obtained, pointing out gene knockout and overexpression targets as well as optimization of growth medium components. This work presents the first genome-scale metabolic network of the levan-producing microorganism and offers strategies for enhanced levan biosynthesis. In addition, these results will accelerate the research on halophilic bacteria towards systems biology approaches and design of metabolic engineering strategies to enhance levan production.
Keywords: Biyomühendislik