Abstract :
[en] The biotechnological production of substances with help of microorganisms is an economically
important application of systems biology. In this paper a pyruvate-auxotrophic
Escherichia coli-strain is utilized in order to activate alternative pyruvate synthesis pathways
via evolutive adaptation. The outcome of the chemostat experiments are pyruvateprototrophic
strains. Due to the activated alternative synthesis pathways, these strains are
a basis for future industrial production-strains in order to systematically produce the intermediate
products on these pathways. By means of a simple dynamical model of a chemostat, the
evolutive adaptation in chemostat mode is studied. Rules to adjust the feeding concentration
and the dilution rate of the bioreactor could be obtained in order to accelerate the evolutive
adaptation towards a pyruvate-prototrophic strain. A flux balance analysis of the metabolic
network of the pyruvate-auxotrophic strain results in 20 different alternative pathways. For
a well arranged presentation of those pathways a reduced visualization method is introduced.
[de] Die biotechnische Herstellung von Substanzen mit Hilfe von Mikroorganismen ist ein
wirtschaftlich wichtiges Einsatzgebiet der Systembiologie. In diesem Artikel wird ein pyruvatauxotropher
Escherichia coli-Stamm eingesetzt, um durch evolutive Adaptation alternative
Stoffwechselwege zum Pyruvat zu aktivieren. Das Ergebnis der Experimente sind pyruvatprototrophe
Stämme, die mit ihren alternativen Stoffwechselwegen als Grundlage für
Produktionstämme eingesetzt werden können, um später damit gezielt in diesen Wegen auftretende
Zwischenprodukte industriell herzustellen. Mit Hilfe eines einfachen dynamischen
Modells wird die evolutive Adaptation im Chemostat untersucht. Es können dabei Einstellregeln
für die Zulaufkonzentration und Verdünnungsrate im Bioreaktor zur beschleunigten
Gewinnung pyruvat-prototropher Stämme geschlussfolgert werden. Die Flussbilanzanalyse
des metabolischen Netzwerkes des pyruvat-auxotrophen Stammes ergibt 20 verschiedene alternative
Flussverteilungen. Zur übersichtlichen Darstellung solcher Flussverteilungen wird
eine reduzierte Visualisierungsmethode vorgestellt.
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