Modeling of the metabolic network of Caenorhabditis elegans

秀丽隐杆线虫代谢网络的建模

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Life history traits are closely associated with metabolic processes. For example, in the model organism C. elegans, changing the diet from one bacterial species to another or perturbations in certain metabolic genes can significantly change fecundity, life span, and the rate of development. Therefore, C. elegans is an excellent animal model for understanding the relationship between metabolically mediated phenotypes and dietary or genetic manipulations. Gaining such understanding requires a systems-level reconstruction of its metabolic network as well as an experimental platform to monitor its conversion of nutrients to biomass and energy. Global metabolic network models are available for more than 50 organisms, mostly prokaryotes but also eukaryotes such as Saccharomyces cerevisiae, Arabidopsis thaliana and Homo sapiens. In prokaryotes and yeast, reconstructions have been combined with experimental measurements and predictions of growth rates and other phenotypes in bioreactors. Most intact multicellular organisms cannot be grown under precisely controlled conditions that mimic a prokaryotic bioreactor. C. elegans, however, has several distinctive properties that uniquely enable this, including short life span, hermaphroditic reproduction, and simple morphology. In this project, we will first reconstruct a genome-scale metabolic network model for C. elegans and subsequently calibrate and validate this model experimentally. We will initiate the compartmentalization of the model into three parts: the intestine (the major metabolic organ), the germline (the reproductive organ that generates biomass), and the other somatic tissues. We will calibrate the model with experimental parameters, including biomass composition, food uptake rates, and maintenance ATP to define growth in liquid cultures. Finally, we will validate our model with independent tests, including dietary and genetic manipulations with expected phenotypes that are to be predicted by the model via biomass production and other metabolic rates. The worm model proposed in this study, together with the quantitative liquid culturing techniques, will serve as a unique toolbox for the analysis and genetic engineering of C. elegans and create opportunities for a broad array of applications at a systems level.
描述(由申请人提供):生活历史特征与代谢过程密切相关。例如,在模型生物体中,秀丽隐杆线虫将饮食从一种细菌物种更改为另一种细菌或某些代谢基因的扰动可以显着改变繁殖力,寿命和发育速度。因此,秀丽隐杆线虫是理解代谢介导的表型与饮食或遗传操作之间关系的绝佳动物模型。获得这种理解需要对其代谢网络进行系统级重建,以及一个实验平台,以监测其对生物量和能量的养分的转化。全球代谢网络模型可用于50多种生物体,主要是原核生物,也可以使用诸如酿酒酵母,拟南芥和智人等真核生物。在原核生物和酵母中,重建与生物反应器中生长速率和其他表型的实验测量和预测相结合。最完整的多细胞生物不能在模仿原核生物生物反应器的精确控制条件下生长。但是,秀丽隐杆线虫具有几种独特的特性,可以独特地实现这一目标,包括寿命短,雌雄同体 繁殖和简单的形态。在该项目中,我们将首先重建用于秀丽隐杆线虫的基因组级代谢网络模型,然后通过实验校准和验证该模型。我们将将模型的分区化分为三个部分:肠道(主要代谢器官),种系(产生生物量的生殖器官)和其他体细胞组织。我们将使用实验参数校准模型,包括生物质组成,食物摄取率和维持ATP,以定义液体培养物的生长。最后,我们将通过独立的测试来验证我们的模型,包括具有预期表型的饮食和遗传操作,该模型将通过生物量生产和其他代谢率预测。本研究中提出的蠕虫模型以及定量液体培养技术将成为秀丽隐杆线虫分析和基因工程的独特工具箱,并为系统级别的广泛应用创造机会。

项目成果

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A Caenorhabditis elegans Genome-Scale Metabolic Network Model.
秀丽隐杆线虫基因组规模代谢网络模型。
  • DOI:
    10.1016/j.cels.2016.04.012
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Yilmaz,LSafak;Walhout,AlberthaJM
  • 通讯作者:
    Walhout,AlberthaJM
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