Der Hauptunterschied zwischen der Stoffwechselflussanalyse und der Flussbilanzanalyse besteht darin, dass die Stoffwechselflussanalyse eine bildgebende Fluxomics-Technik zur Analyse der Produktions- und Verbrauchsraten von Metaboliten in einem biologischen System ist, während die Flussbilanzanalyse eine mathematische Fluxomics-Technik zur Analyse ist der Fluss von Metaboliten durch ein metabolisches Netzwerk.
Fluxomics bezieht sich auf verschiedene Ansätze zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Stoffwechselreaktionen innerhalb eines biologischen Systems. Die Bedeutung der Fluxomik besteht darin, dass metabolische Flüsse normalerweise zelluläre Phänotypen bestimmen. Stoffwechselfluss ist die Metabolitenumwandlung in einem Stoffwechselnetzwerk. Es gibt zwei wichtige Fluxomik- oder Flussanalysetechnologien. Sie sind metabolische Flussanalyse und Flussbilanzanalyse.
Was ist die Stoffwechselflussanalyse?
Die metabolische Flussanalyse (MFA) ist eine bildgebende Fluxomics-Technik, die die Produktions- und Verbrauchsraten von Metaboliten in einem biologischen System analysiert. Diese Technik ermöglicht die Quantifizierung von Metaboliten auf intrazellulärer Ebene. Daher verdeutlicht diese Technik den zentralen Stoffwechsel der Zelle. Bei der metabolischen Flussanalyse wird üblicherweise die auf Fluxomics basierende Methode für die Flussanalyse verwendet. Bei der 13C Fluxomik werden die metabolischen Vorläufer vor der Einführung in das biologische System mit 13C angereichert. Später wird mit bildgebenden Verfahren wie Massenspektrometrie und Kernspinresonanzspektroskopie der Grad des Einbaus von 13C in Metaboliten gemessen.
Abbildung 01: Stoffwechselflussanalyse
Außerdem können Stoffwechselflüsse mit Stöchiometrie gemessen werden. Bei der Stoffwechselflussanalyse bestimmen stöchiometrische Modelle und Massenspektrometrieverfahren die Übertragung von Einheiten, die isotopische Tracer enth alten, von einem Metaboliten auf einen anderen in einem metabolischen Netzwerk. Somit kann diese Technik Informationen über das gesamte metabolische Netzwerk und den zellulären Phänotyp ableiten. Darüber hinaus hat die metabolische Flussanalyse viele Anwendungen. Diese Technik kann die Grenzen der Fähigkeit eines biologischen Systems zur Herstellung eines biochemischen Mittels wie Ethanol bestimmen. Darüber hinaus kann diese Technik die Reaktion auf Genadditionen oder Knockouts vorhersagen.
Was ist eine Flussbilanzanalyse?
Die Flux-Balance-Analyse (FBA) ist eine mathematische Fluxomics-Technik, die den Fluss von Metaboliten durch ein metabolisches Netzwerk analysiert. Dies geschieht über einen zweistufigen Prozess. Im ersten Schritt werden Stoffwechselreaktionen mathematisch in Form einer numerischen Matrix dargestellt, die stöchiometrische Koeffizienten jeder Reaktion enthält. Diese stöchiometrischen Koeffizienten erlegen dem Systemmodell Beschränkungen auf. Durch Bereitstellen von Beschränkungen wie dieser werden die möglichen Sätze von Lösungen für das System reduziert. Im zweiten Schritt wird nach dem Hinzufügen von Randbedingungen das Systemmodell optimiert. Die Flussbilanzanalyse berechnet den Fluss von Metaboliten in einem metabolischen Netzwerk unter Verwendung des obigen Mechanismus. Somit ist es möglich, die Wachstumsrate eines Organismus oder die Produktionsrate eines biotechnologisch wichtigen Metaboliten durch FBA vorherzusagen.
Abbildung 02: Flussbilanzanalyse
Die Ressourcen für die Flussbilanzanalyse umfassen die BIGG-Datenbank, die COBRA-Toolbox und FASIMU (FBA-Simulationssoftware Metabolomik). Die Flussbilanzanalyse hat vielfältige Anwendungen in physiologischen Studien, Bemühungen zum Füllen von Lücken und in der synthetischen Biologie im Genommaßstab. Darüber hinaus kann FBA auch verwendet werden, um die Ausbeute wichtiger Cofaktoren wie ATP, NADH oder NADPH vorherzusagen.
Ähnlichkeiten zwischen Stoffwechselflussanalyse und Flussbilanzanalyse
- Stoffwechselanalyse und Flussbilanzanalyse sind Flussanalysetechnologien.
- Beide Techniken fallen in den Bereich der Systembiologie
- Diese Techniken können den metabolischen Fluss in einem biologischen System bestimmen.
- Diese Techniken haben viele Anwendungsmöglichkeiten.
- Beide Techniken können den Zellphänotyp bestimmen.
Unterschied zwischen Stoffwechselflussanalyse und Flussbilanzanalyse
Die metabolische Flussanalyse ist eine bildgebende Fluxomics-Technik, die zur Analyse der Produktions- und Verbrauchsraten von Metaboliten in einem biologischen System verwendet wird, während die Flussbilanzanalyse eine mathematische Fluxomics-Technik ist, die den Fluss von Metaboliten durch ein metabolisches Netzwerk analysiert. Dies ist also der Hauptunterschied zwischen der Stoffwechselflussanalyse und der Flussbilanzanalyse. Darüber hinaus verwendet die metabolische Flussanalyse Massenspektrometrie oder Kernspinresonanz, um metabolische Flüsse zu bestimmen, während die Flussbilanzanalyse eine mathematische (numerische) Matrix verwendet, um metabolische Flüsse zu bestimmen.
Die folgende Infografik listet die Unterschiede zwischen der metabolischen Flussanalyse und der Flussbilanzanalyse in tabellarischer Form zum direkten Vergleich auf.
Zusammenfassung – Metabolic Flux Analysis vs. Flux Balance Analysis
Flussanalyse-Technologien (Fluxomics) werden verwendet, um die Geschwindigkeit von Stoffwechselreaktionen innerhalb eines biologischen Systems zu bestimmen. Es gibt zwei Hauptflussanalysetechnologien. Sie sind die metabolische Flussanalyse und die Flussbilanzanalyse. Die metabolische Flussanalyse ist eine bildgebende Fluxomics-Technik zur Analyse der Produktions- und Verbrauchsraten von Metaboliten in einem biologischen System, während die Flussbilanzanalyse eine mathematische Fluxomics-Technik zur Analyse des Flusses von Metaboliten durch ein metabolisches Netzwerk ist. Somit fasst dies den Unterschied zwischen der metabolischen Flussanalyse und der Flussbilanzanalyse zusammen.
