ИСТИНА

Фосфор является одним из важнейших элементов, необходимых для существования живых организмов. Клетки микроводорослей способны накапливать фосфор в виде полифосфатов, которые выполняют в клетке многочисленные функции, в частности, участвуют в энергетическом обмене. Понимание механизмов регуляции и возможность управления процессами накопления полифосфатов может быть использовано при решении различных биотехнологических задач. В работе предложена гибридная модель поглощения фосфатов из среды клетками Chlorella vulgaris в условиях избытка и недостатка фосфора. Модель состоит из двух блоков. Первый блок представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих поглощение фосфора из среды, формирование и рост пула полифосфатов, а также увеличение биомассы культуры водорослей в процессе их роста. Для параметризации этого блока модели были использованы экспериментальные данные по росту культуры Chlorella vulgaris. Второй блок модели построен на основе балансовых (потоковых) уравнений, описывающих центральные метаболические пути, а также электротранспортные цепи дыхания и фотосинтеза в клетке водоросли. В схеме реакций учтены энергетические затраты, 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. Исследование интегральной модели позволило проследить, как меняются метаболические потоки при изменении доступности неорганического фосфора в среде, и выделить ту стадию роста культуры, на которой происходит максимальное накопление полифосфатов.