アセトン - ブタノール - エタノール発酵のシステムレベルモデリング

アセトン - ブタノール - エタノール（ABE）発酵は、ブタノールを含むバイオベースの溶媒を生成するクロストリジアの代謝プロセスです。基礎となる代謝反応ネットワークによって有効になり、細胞遺伝子の調節と環境の手がかりによって変調されます。数学的モデリングは、このプロセスの理解、特性評価、および最適化を促進するための貴重な戦略として機能しました。このレビューでは、阿部発酵のシステムレベルの定量的モデリングの最近の進歩を強調しています。発酵の根底にある統合プロセスの概要から始めます。次に、初期の単純なモデル、系統的な代謝記述を備えたモデル、および単純な遺伝子調節を通じて代謝を組み込むモデルを含むモデリングの取り組みを調査します。代謝反応、遺伝子調節、環境の手がかりを統合する最近のシステムレベルモデルに特に焦点が当てられています。私たちは、阿部発酵の予測的理解に向けた残りの課題と将来の方向性について議論することで結論を出します。

Acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation is a metabolic process of clostridia that produces bio-based solvents including butanol. It is enabled by an underlying metabolic reaction network and modulated by cellular gene regulation and environmental cues. Mathematical modeling has served as a valuable strategy to facilitate the understanding, characterization and optimization of this process. In this review, we highlight recent advances in system-level, quantitative modeling of ABE fermentation. We begin with an overview of integrative processes underlying the fermentation. Next we survey modeling efforts including early simple models, models with a systematic metabolic description, and those incorporating metabolism through simple gene regulation. Particular focus is given to a recent system-level model that integrates the metabolic reactions, gene regulation and environmental cues. We conclude by discussing the remaining challenges and future directions towards predictive understanding of ABE fermentation.