A Computational Framework to Identify Metabolic Engineering Strategies for the Co-Production of Metabolites

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作者
Lavanya Raajaraam,Karthik Raman
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:9 被引量:5
标识
DOI:10.3389/fbioe.2021.779405
摘要

Microbial production of chemicals is a more sustainable alternative to traditional chemical processes. However, the shift to bioprocess is usually accompanied by a drop in economic feasibility. Co-production of more than one chemical can improve the economy of bioprocesses, enhance carbon utilization and also ensure better exploitation of resources. While a number of tools exist for in silico metabolic engineering, there is a dearth of computational tools that can co-optimize the production of multiple metabolites. In this work, we propose co-FSEOF (co-production using Flux Scanning based on Enforced Objective Flux), an algorithm designed to identify intervention strategies to co-optimize the production of a set of metabolites. Co-FSEOF can be used to identify all pairs of products that can be co-optimized with ease using a single intervention. Beyond this, it can also identify higher-order intervention strategies for a given set of metabolites. We have employed this tool on the genome-scale metabolic models of Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae, and identified intervention targets that can co-optimize the production of pairs of metabolites under both aerobic and anaerobic conditions. Anaerobic conditions were found to support the co-production of a higher number of metabolites when compared to aerobic conditions in both organisms. The proposed computational framework will enhance the ease of study of metabolite co-production and thereby aid the design of better bioprocesses.
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