Peligros en metaheurísticas resolviendo modelos de optimización basados en estequiometría para redes metabólicas
Autores: Briones-Báez, Mónica Fabiola; Aguilera-Vázquez, Luciano; Rangel-Valdez, Nelson; Zuñiga, Cristal; Martínez-Salazar, Ana Lidia; Gomez-Santillan, Claudia
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
El análisis de balance de flujo (FBA) es un método basado en restricciones que se usa comúnmente para guiar metabolitos mediante la restricción de vías que a menudo involucran condiciones como ciclos anapléroticos como el ciclo de Calvin, reacciones reversibles o irreversibles, y nodos donde las vías metabólicas se ramifican. El método puede identificar las mejores condiciones para un curso, pero falla al tratar con las vías de múltiples metabolitos de interés. Estudios recientes sobre metabolismo consideran más natural optimizar varios metabolitos simultáneamente en lugar de solo uno; además, señalan el uso de metaheurísticas como una alternativa atractiva que extiende el FBA para abordar múltiples objetivos. Sin embargo, la literatura también advierte que el uso de tales técnicas no debe ser desenfrenado. En su lugar, debe estar sujeto a ajustes cuidadosos y procesos de selección para lograr los resultados deseados. Este trabajo analiza el impacto en la calidad de las vías construidas utilizando los algoritmos NSGAII y MOEA/D y varios modelos de optimización novedosos; realiza un estudio sobre dos casos, la biosíntesis de pigmentos y el nodo en el metabolismo del glutamato de las microalgas, bajo tres condiciones de cultivo (autótrofo, heterótrofo y mixotrófico) mientras se optimiza para tres intermediarios metabólicos como funciones objetivas independientes simultáneamente. Los resultados muestran diferentes rendimientos entre NSGAII y MOEA/D, demostrando que la selección de un modelo de optimización puede afectar en gran medida los fenotipos predichos.
Descripción
El análisis de balance de flujo (FBA) es un método basado en restricciones que se usa comúnmente para guiar metabolitos mediante la restricción de vías que a menudo involucran condiciones como ciclos anapléroticos como el ciclo de Calvin, reacciones reversibles o irreversibles, y nodos donde las vías metabólicas se ramifican. El método puede identificar las mejores condiciones para un curso, pero falla al tratar con las vías de múltiples metabolitos de interés. Estudios recientes sobre metabolismo consideran más natural optimizar varios metabolitos simultáneamente en lugar de solo uno; además, señalan el uso de metaheurísticas como una alternativa atractiva que extiende el FBA para abordar múltiples objetivos. Sin embargo, la literatura también advierte que el uso de tales técnicas no debe ser desenfrenado. En su lugar, debe estar sujeto a ajustes cuidadosos y procesos de selección para lograr los resultados deseados. Este trabajo analiza el impacto en la calidad de las vías construidas utilizando los algoritmos NSGAII y MOEA/D y varios modelos de optimización novedosos; realiza un estudio sobre dos casos, la biosíntesis de pigmentos y el nodo en el metabolismo del glutamato de las microalgas, bajo tres condiciones de cultivo (autótrofo, heterótrofo y mixotrófico) mientras se optimiza para tres intermediarios metabólicos como funciones objetivas independientes simultáneamente. Los resultados muestran diferentes rendimientos entre NSGAII y MOEA/D, demostrando que la selección de un modelo de optimización puede afectar en gran medida los fenotipos predichos.