Analyse des Kohlenstoff- und Stickstoff-Metabolismus in einem Schritt - neuer Ansatz der 13C15N Stoffflussanalyse veröffentlicht in Molecular Systems Biology
Der Stoffwechselfluss ist das Endergebnis der zellulären Regulation. Während die zentralen metabolischen Kohlenstoff-Flüsse ausgiebig untersucht sind, ist über den Stickstoff-Metabolismus weit weniger bekannt. Die Quantifizierung der Stickstoff-Flüsse zusammen mit den Kohlenstoff-Flüssen erweitert unsere Sicht auf die zelluläre Funktion. Diese Erweiterung geht jedoch einher mit Unsicherheiten, die es erschweren, aus verrauschten und unvollständigen Daten auf die Stoffflüsse zu berechnen.
In unserer Studie kombinieren wir die statistische Ensemblemethode des Bayesian Model Averagings (kurz BMA), mit einer Variante der isotopenbasierten Stoffflussanalyse, 13C15N-MFA, implementiert in unserem Hochleistungssimulator 13CFLUX2. Diese neuartige Kombination ermöglicht es uns, die Kohlenstoff- und Stickstoff-Flüsse aus einem Datensatz zu schätzen, der mittels eines einzigen Markierungsexperiments mit zwei isotopischen Tracern generiert wird, etwa 13C-markiertem Glycerin und 15N-markiertem Ammoniumchlorid. Durch die Anwendung dieser Technik auf Mycobacterium bovis BCG, einem Modellorganismus für die Untersuchung von Mycobacterium tuberculosis, konnten wir das derzeitige Wissen über den zentralen Kohlenstoff-Stoffwechsel auf die die Biosynthese von Aminosäuren und Nukleotiden ausdehnen und neue Einsichten über die Anaplerose gewinnen, eines notorischen schwer fassbaren Abschnitts des Stoffwechsels. Die BMA-basierte 13C15N-MFA ist ein leistungsfähiges neues Instrument zur Aufklärung von Stoffflüssen, auf der Basis eines rigorosen statistischen Ansatzes.
Referenz:
Khushboo Borah Slater, Martin Beyß, Ye Xu, Jim Barber, Catia Costa, Jane Newcombe, Axel Theorell, Melanie J Bailey, Dany J V Beste, Johnjoe McFadden, and Katharina Nöh: One-shot 13C15N-metabolic flux analysis for simultaneous quantification of carbon and nitrogen flux. Molecular Systems Biology, 2023, https://doi.org/10.15252/msb.202211099.
