بررسی استواری در شبکه های متابولیک باکتری e.coli و مخمر saccharomyces cerevisiae بر مبنای روش fca

هدف نهایی از رویکرد زیست شناسی سامانه ها یافتن ارتباط میان خصوصیات فنوتیپی و ویژگی های دینامیک اجزای تشکیل دهنده همانند متابولیت های اولیه و ثانویه و مسیرهای متابولیکی و ژنتیکی مرتبط با آنها است . این ارتباط از اندام تا اجزای مولکولی بصورت سلسله مراتبی وجود داشته و باعث حفظ پیوستگی و عملکرد موجود زنده میگردد. شبکه در حالت کلی مجموعه ی اجزای تشکیل دهنده ی واحد موردنظر و واکنش های مرتبط برای تبدیل اجزا به هم را در نظر میگیرد و ارتباط کمی و کیفی میان زیرمجموعه های مختلف را بررسی می نماید. مثلا یک شبکه متابولیکی که مجموعه ای از واکنش های بیوشیمیایی است و یا ژن ها و شبکه ی تنظیمی مربوط به آن و یا شبکه ی برهم کنش های پروتئین پروتئین .حالت های مختلف سامانه ها توسط اجزای تشکیل دهنده و شار واکنش ها تعیین میشود که در بعد کمی به ضرایب استکیومتری و توپولوژی شبکه واکنش ها مربوط میشود . استواری یکی از مشخصات خاص سیستم های بیولوژیکی است و به نظر میرسد جنبه ی بنیادین سیستم های پیچیده ای باشد که قابلیت تغییر دارند. خصوصیات مشترکی میان ارگانیسم های بیولوژکی و سیستم های مهندسی پیچیده وجود دارد. ویژگی های ذاتی استواری با بوجود آمدن خصوصیات معماری خاصی در سیستم نهادینه میشوند. میان استواری، فروپاشی، عملکرد ارگانیسم و تقاضای منابع رابطه ای وجود دارد که رفتار سیستم را توضیح میدهد که شامل الگوهای شکست شبکه نیز هست. نگرش درست به مشخصات درونی یک سیستم پایدار به ما کمک خواهد کرد تا درک بهتری از بیماری های چند عاملی بدست آورده و اصولی برای طراحی درمان تعریف نماییم . علاوه بر آن استواری به سیستم کمک می کند تا در برابر آشوب ها و جهش ها ساختار و عملکرد خود را حفظ کند. این پدیده در میان تمام گونه ها از سطوح ژنی تا سطوح سیستماتیک هوموستئاز مشاهده شده است. به عنوان مثال باکتری در برابر طیف گسترده ای از سموم در غلظت های مختلف پایداری نشان میدهد و قابلیت تطبیق با محیط مستقل از غلظت های لیگاندی برای آن وجود دارد. در این پژوهش با الهام از تئوری نفوذ با رویکرد حذف باند، واکنش های شیمیایی شبکه متابولیکی که ستون های ماتریس استکیومتری را تشکیل میدهند، در معرض جهش های حذفی تصادفی قرار می گیرند و فرآیند تا رسیدن شبکه متابولیکی مدل مورد نظر )گونه منتخب( به فروپاشی و عدم کارایی شبکه ادامه پیدا می کند. آستانه ی فروپاشی بصورت عدد استواری شبکه متابولیکی محاسبه شده و معیار مقایسه میان شرایط زیستی و محیطی گونه ی مورد آزمایش و تحمل شبکه متابولیکی در برابر جهش های داخلی و آشوب های خارجی خواهد بود.چهارده مدل کامپیوتری ژنوم مقیاس شامل یوکاریوت ها و باکتری ها با شرایط رشد و تکثیر متفاوت انتخاب شده و تحت - فرآیند حذف های تصادفی شبکه متابولیکی قرار گرفتند. نتایج حاکی است گونه هایی که برای رشد و تکثیر نیازمند محیط های با شرایط خاص هستند نسبت به مدل های یوکاریوتی و مدل های با پراکندگی زیاد و شرایط آزاد رشد و تکثیر، استواری متابولیک کمتری داشته و در برابر جهش ها بسیار آسیب پذیر تر عمل می کنند. این فرآیند می تواند الهام بخش مقابله با گونه های پاتوژن و یا حداکثر کردن بازده تولید در صنایع پزشکی و یا بیوتکنولوژی باشد چرا که با شناخت مسیرهای مختلفی که قادر به افزایش و یا کاهش کارایی متابولیک گونه هستند، دست ورزی و اعمال تغییرات در آنها تسهیل خواهد شد. در فصل اول به بحث در مورد پیشینه ی زیست شناسی سامانه ها و اهمیت بررسی سیستماتیک ساختارهای زیستی می - پردازیم و همچنین اشاره ای به ارتباط بیوانفورماتیک و زیست شناسی سامانه ها خواهیم داشت. استواری زیستی و انواع مکانیسم های ایجاد استواری در ساختارهای زنده موضوع بعدی بحث در فصل اول خواهد بود. فصل دوم به معرفی بنیان نظری آزمایش و تعریف کلی از آنالیز همراهی شارها fca می پردازد. تئوری نفوذ و روش انجام آن در پژوهش حاضر نیز در ادامه معرفی می شود. مدل های کامپیوتری منتخب را معرفی نموده و با برنامه ی کبرا تولباکس آشنا خواهیم شد. در فصل سوم جدول نتایج ارئه شده و در ادامه به بحث در مورد نتایج حاصل خواهیم پرداخت. برای تایید نتایج حاصل روش فوق با آزمایش آنالیز تعادل شارها fba نیز مورد آزمون قرار گرفته و تایید شده است.