Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Algorithms for 13C metabolic flux analysis

Ari Rantanen

Doctoral dissertation, November 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Computer Science.

Solun aineenvaihdunta koostuu verkostosta biokemiallisia reaktioita, jotka muuttavat pieniä molekyylejä, metaboliitteja toisiksi. Aineenvaihdunta tuottaa elämälle välttämättömiä yhdisteitä, kuten aminohappoja, pienempiä metaboliitteja yhdistelemällä. Lisäksi aineenvaihdunta tuottaa solulle energiaa metaboliitteja pilkkomalla.

Solut reagoivat ympäristön ja genotyyppien muutoksiin säätelemällä aineenvaihduntaansa. Siten tieto aineenvaihdunnan reaktioiden nopeuksista on hyödyllistä mm. tutkittaessa organismin käyttäytymistä eri olosuhteissa tai sukulaisorganismien eroja vertailtaessa. Tietoa aineenvaihduntareaktioiden nopeuksista voidaan hyödyntää esim. muokattaessa mikrobeja tai kasveja tuottamaan tehokkaasti haluttuja lopputuotteita, kuten biopolttoainetta tai lääkeaineita. Informaatio aineenvaihduntareaktioiden nopeuksista voi auttaa myös ihmisen sairauksien ymmärtämisessä ja niiden hoidossa.

Tässä tietojenkäsittelytieteen alaan kuuluvassa väitöskirjassa kehitetään laskennallisia menetelmiä aineenvaihduntareaktioiden nopeuksien päättelemiseksi. Väitöskirjan koeasetelmassa solulle syötetään hiilen 13C-isotoopein leimattua lähtöainetta. Isotooppileimattu lähtöaine leviää aineenvaihduntaverkostossa muihin metaboliitteihin aineenvaihduntareaktioiden nopeuksista riippuvalla tavalla. Metaboliittien leimausasteet voidaan mitata, mutta saatava mittaustieto on epätäydellistä.

Väitöskirjassa esitetään laskennallisia menetelmiä, jotka pyrkivät epätäydellisen leimausmittausdatan avulla arvioimaan aineenvaihduntareaktioiden nopeudet mahdollisimman tarkasti. Menetelmiä on mahdollista soveltaa kaikille aineenvaihduntaverkoille sekä lähtöaineiden isotooppileimauskuvioille. Menetelmät kykenevät myös yhtäaikaisesti hyödyntämään eri mittalaitteiden tuottaman, toisiaan täydentävän informaation metaboliittien leimausasteista. Näin väitöskirjan laskennalliset menetelmät yleistävät aiempia, vain tietyille aineenvaihduntaverkon rakenteille, lähtöaineiden leimauskuvioille tai mittaustekniikoille räätälöityjä menetelmiä.

Väitöskirjassa esitetään myös algoritmeja reaktionopeuksien arvioimisen kannalta tärkeimpien mitattavien metaboliittien valitsemiseksi sekä massaspektrometrin tuottaman raakadatan muokkaamiseksi paremmin aineenvaihduntareaktioiden nopeuden arvioimiseen sopivaan muotoon.

Väitöskirjan menetelmät perustuvat aineenvaihduntaverkon rakenteen kombinatoriseen vuoanalyysiin sekä mittausdatan kuvaamiseen ja manipuloimiseen lineaarialgebran tekniikoin. Esitetyt menetelmät ovat laskennallisesti tehokkaita ja sopivat siten suurtenkin aineenvaihduntaverkkojen analysointiin.

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 08.11.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki