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Enregistrement W3127150584 · doi:10.3390/pr9020322

Modelling Cell Metabolism: A Review on Constraint-Based Steady-State and Kinetic Approaches

2021· review· en· W3127150584 sur OpenAlexafffund
Mohammadreza Yasemi, Mario Jolicœur

Notice bibliographique

RevueProcesses · 2021
Typereview
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueMicrobial Metabolic Engineering and Bioproduction
Établissements canadiensPolytechnique Montréal
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésBioprocessBiochemical engineeringHeuristicsComputer scienceCell metabolismSystems biologyMetabolic networkCellular metabolismPopulationComputational biologyBiologyEngineeringCellMetabolism

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Studying cell metabolism serves a plethora of objectives such as the enhancement of bioprocess performance, and advancement in the understanding of cell biology, of drug target discovery, and in metabolic therapy. Remarkable successes in these fields emerged from heuristics approaches, for instance, with the introduction of effective strategies for genetic modifications, drug developments and optimization of bioprocess management. However, heuristics approaches have showed significant shortcomings, such as to describe regulation of metabolic pathways and to extrapolate experimental conditions. In the specific case of bioprocess management, such shortcomings limit their capacity to increase product quality, while maintaining desirable productivity and reproducibility levels. For instance, since heuristics approaches are not capable of prediction of the cellular functions under varying experimental conditions, they may lead to sub-optimal processes. Also, such approaches used for bioprocess control often fail in regulating a process under unexpected variations of external conditions. Therefore, methodologies inspired by the systematic mathematical formulation of cell metabolism have been used to address such drawbacks and achieve robust reproducible results. Mathematical modelling approaches are effective for both the characterization of the cell physiology, and the estimation of metabolic pathways utilization, thus allowing to characterize a cell population metabolic behavior. In this article, we present a review on methodology used and promising mathematical modelling approaches, focusing primarily to investigate metabolic events and regulation. Proceeding from a topological representation of the metabolic networks, we first present the metabolic modelling approaches that investigate cell metabolism at steady state, complying to the constraints imposed by mass conservation law and thermodynamics of reactions reversibility. Constraint-based models (CBMs) are reviewed highlighting the set of assumed optimality functions for reaction pathways. We explore models simulating cell growth dynamics, by expanding flux balance models developed at steady state. Then, discussing a change of metabolic modelling paradigm, we describe dynamic kinetic models that are based on the mathematical representation of the mechanistic description of nonlinear enzyme activities. In such approaches metabolic pathway regulations are considered explicitly as a function of the activity of other components of metabolic networks and possibly far from the metabolic steady state. We have also assessed the significance of metabolic model parameterization in kinetic models, summarizing a standard parameter estimation procedure frequently employed in kinetic metabolic modelling literature. Finally, some optimization practices used for the parameter estimation are reviewed.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Synthèse · Signal consensuel: Synthèse
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0030,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,003
Bibliométrie0,0020,005
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0030,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,052
Tête enseignante GPT0,266
Écart entre enseignants0,214 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSans objet
Domainenon disponible
GenreSynthèse

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations78
Publié2021
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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