Tõhusate pärmipõhiste rakuvabrikute disainimine vajab ennustusvõimelisi arvutuslikke mudeleid, mis suudavad täpselt kirjeldada kvantitatiivseid seoseid genotüübi ja fenotüübi vahel. Üheks selliseks lähenemiseks on ülegenoomsed metabolismimudelid (GEM-id), mis võimaldavad prognoosida rakkude kasvu ja metaboolsete reaktsioonide kiirusi määratletud keskkonna- ja geneetilistes tingimustes. Traditsioonilised GEM-id tuginevad siiski üksnes stöhhiomeetrilistele ja püsiseisundi eeldustele ega arvesta seetõttu ensüümide mahulisi piiranguid ega kineetilist ja regulatoorset kontrolli. See piirang vähendab nende ennustusvõimet, eriti mitte-mudel tüüpi pärmides, millel on spetsiifiline metaboolne regulatsioon ning mille eksperimentaalsed andmed on puudulikud. Nende puuduste kõrvaldamiseks laiendavad ensüümipiiranguga ülegenoomsed metabolismimudelid (ecGEM-id) GEM-raamistikku, sidudes metaboolsed vood absoluutsete proteoomika andmete ja reaktsioonispetsiifiliste katalüütiliste konstantidega.
Käesoleva väitekirja üldeesmärk oli välja töötada, rakendada ja kriitiliselt hinnata ensüümipiiranguga mudeleid pärmide metabolismi ennustamiseks nii mudelpärmis Saccharomyces cerevisiae kui ka lipiide tootvas pärmis Rhodotorula toruloides. Töö oli motiveeritud termodünaamiliselt võimalike, redoksneutraalsete ja ATP-d tootvate sünteesiradade uurimisest anaeroobsete produktide moodustumisel ning soovist laiendada täiustatud metabolismimudelite kasutust mitte-konventsionaalsetele, kuid tööstuslikult olulistele pärmiliikidele.
Väitekirjas näidati, kuidas siduda geneetilised ja biokeemilised andmed mudelitega, et pärmide metabolismi ennustavate mudelite arendamiseks ja valideerimiseks. Töö toob esile nii ensüümipiiranguga modelleerimise tugevused kui ka praegused kitsaskohad ning pakub nägemuse, kuidas edasised täiustused võivad edendada in silico biotööstuslike tootmislahenduste kavandamist.

Doktoritöö on avaldatud Tehnikaülikooli raamatukogu digikogus

Juhendaja kaasprofessor tenuuris Petri-Jaan Lahtvee (TalTech)

Oponendid:

•  professor Marija Cvijovic (Chalmersi Tehnikaülikool, Rootsi)
• emeriitprofessor Merja Pentilla (VTT Soome riikliku tehnikauuringute keskus, Soome)