Multi‐cell‐line learning for the data‐driven construction of mechanistic metabolic models

中国仓鼠卵巢细胞 细胞代谢 细胞培养 计算机科学 系统生物学 计算生物学 生物制造 通量平衡分析 生物 细胞 生物化学 生物技术 遗传学
作者
Yen‐An Lu,Meghan G. McCann,Wei‐Shou Hu,Qi Zhang
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:121 (9): 2833-2847 被引量:1
标识
DOI:10.1002/bit.28757
摘要

Mammalian cells are commonly used as hosts in cell culture for biologics production in the pharmaceutical industry. Structured mechanistic models of metabolism have been used to capture complex cellular mechanisms that contribute to varying metabolic shifts in different cell lines. However, little research has focused on the impact of temporal changes in enzyme abundance and activity on the modeling of cell metabolism. In this work, we present a framework for constructing mechanistic models of metabolism that integrate growth-signaling control of enzyme activity and transcript dynamics. The proposed approach is applied to build models for three Chinese hamster ovary (CHO) cell lines using fed-batch culture data and time-series transcript profiles. Leveraging information from the transcriptome data, we develop a parameter estimation approach based on multi-cell-line (MCL) learning, which combines data sets from different cell lines and trains the individual cell-line models jointly to improve model accuracy. The computational results demonstrate the important role of growth signaling and transcript variability in metabolic models as well as the virtue of the MCL approach for constructing cell-line models with a limited amount of data. The resulting models exhibit a high level of accuracy in predicting distinct metabolic behaviors in the different cell lines; these models can potentially be used to accelerate the process and cell-line development for the biomanufacturing of new protein therapeutics.
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