Méthode de modélisation stœchiométrique basée sur des contraintes pour des réseaux métaboliques à l'échelle du génome qui calcule des distributions de flux à l'état stationnaire en imposant des bilans de masse et en optimisant une fonction objectif (p. ex. taux de croissance ou production d'ATP).

Principe

Les réseaux métaboliques à l'état stationnaire satisfont des contraintes linéaires de bilan de masse ; les vecteurs de flux réalisables se situent dans un espace convexe, et la programmation linéaire choisit une distribution de flux qui optimise un objectif biologique sous des bornes données.

Démonstration

Appliquer la FBA à un réseau bactérien reconstruit avec la biomasse comme objectif peut prédire les changements de taux de croissance après des suppressions de gènes en résolvant un programme linéaire qui fixe à zéro les bornes des réactions correspondantes et réoptimise l'objectif.

Mauvaise application

Interpréter les flux prédits par la FBA comme des vitesses de réaction uniques et mesurées sans reconnaître les optima alternatifs, le choix dépendant des conditions de l'objectif et l'absence de détails régulateurs et cinétiques exagère la confiance dans les valeurs quantitatives.

Conséquence

Utilisée avec des reconstructions et contraintes appropriées, la FBA identifie des réactions essentielles, prédit des phénotypes de croissance, suggère des cibles pour le génie métabolique et structure des hypothèses sur les capacités du réseau en conditions stationnaires.

Inversion

Abandonner l'hypothèse d'état stationnaire et optimiser la cinétique instantanée nécessiterait des équations différentielles avec cinétiques enzymatiques explicites, inversant la perspective algébrique à base de contraintes en une approche de systèmes dynamiques.

Limite

Valable pour des analyses en état stationnaire, stœchiométriquement contraintes à l'échelle du génome avec simplification ou absence de cinétique et régulation ; exclut les dynamiques transitoires, les concentrations enzymatiques explicites et les processus violant le bilan de masse sauf modélisation explicite.

Tension sémantique

Concurrence avec les modèles cinétiques et dynamiques qui représentent les concentrations de métabolites et les évolutions temporelles ; la FBA met l'accent sur les capacités de flux réalisables et l'optimalité, non sur la dynamique de concentration.

Synthèse

La FBA considère le métabolisme comme un problème d'optimisation linéaire contraint : la stœchiométrie et les bornes définissent un espace de flux réalisable, et le choix d'un objectif fournit des prédictions testables sur la fonction du réseau en conditions stationnaires, laissant implicites la régulation et la dynamique.