ИСТИНА

Одним из важнейших элементов, необходимых для существования живых организмов является фосфор. Клетки микроводорослей способны накапливать фосфор в виде полифосфатов, которые выполняют в клетке многочисленные функции, в частности, участвуют в энергетическом обмене. Способность микроводорослей накапливать фосфаты может быть использована для решения комплексной биотехнологической задачи. На первом этапе происходит очистка сточных вод от фосфатов. На втором этапе клетки, обогащенные фосфатами, служат эффективным удобрением для выращивания злаковых культур. Понимание механизмов регуляции и возможность управления процессами накопления полифосфатов могут быть использованы для разработки оптимальных технологических режимов. В работе предложена гибридная модель поглощения фосфатов из среды клетками Chlorella vulgaris в условиях избытка и недостатка фосфора. Модель связывает разные физиологические уровни клеточных процессов и состоит из двух соответствующих блоков. Первый блок представляет собой систему 5-ти дифференциальных уравнений, описывающих поглощение фосфора из среды, включение неорганического фосфата в биомолекулы, формирование и рост пула полифосфатов, а также увеличение биомассы в процессе роста культуры. Изменение внутриклеточных концентраций соединений фосфора определяется с учетом концепции клеточной квоты, а именно, минимальной квоты по содержанию фосфора в неорганическом виде и максимальной в виде биомакромолекул. Для параметризации модели были использованы экспериментальные данные по росту культуры Chlorella vulgaris. Модель позволила выделить стадию роста культуры, на которой происходит максимальное накопление полифосфатов. Второй блок модели построен на основе балансовых (потоковых) уравнений, описывающих центральные метаболические пути, электротранспортные цепи дыхания и фотосинтеза. В схеме реакций учтены затраты и синтез АТФ, а также вовлечение и высвобождение неорганического фосфора. Стационарные скорости потоков метаболитов рассчитывали, решая задачу линейного программирования. В качестве ограничений модели использовали соотношения потоков синтеза полифосфатов и перехода фосфора в органическую форму, полученные из дифференциальных уравнений первого блока модели. Решение балансовых уравнений показало перераспределение потоков центрального метаболизма клетки при изменении доступности неорганического фосфора.