Dinamično uravnavanje (regulacija) metabolnih poti
Celični metabolizem je kompleksen splet procesov, ki jih celica medsebojno dinamično uravnava glede na trenutne razmere v in izven celice. Človek je v prvih poskusih inženiringa metabolnih poti uporabljal statične metode uravnavanja. Kljub temu, da so manj precizne se nanje še vedno zanašamo zaradi lažje izvedbe in predvidljivosti izida.
Statični način uravnavanja obsega urejanje genoma (insercije ali delecije), regulacijo transkripcije s transkripcijskimi faktorji in malimi nekodirajočimi RNA in regulacijo translacije in posttranslacijskih modifikacij. Tudi sistemi z možnostjo indukcije se smatrajo za statični sistem. Vsem je skupno, da vnaprej določimo parametre, ki uravnavajo metabolno pot, in jih prilagajamo na podlagi empiričnih meritev.
Kljub temu, da s statično manipulacijo metabolnih poti lahko uspešno dosežemo povečano izražanje iskane biološke spojine, vendar predstavlja dinamično uravnavanje v določenih primerih bistveno prednost. Nemalokrat ima določen metabolit neugoden vpliv na celico: povratno inhibicijo, je toksičen ali zavira rast celic. Dinamičen sistem se preko biološkega senzorja odzove na spremembo v celici in vpliva na prilagoditev v smeri zastavljenega cilja. Dinamični nadzor metabolne poti je genetsko zapisan sistem, ki se avtomatsko in dinamično odziva na koncentracije specifičnih znotrajceličnih metabolitov.
Raziskave v preteklih letih so omogočile bolj zapleteno statično uravnavanje metabolnih poti s sintezno prilagojenimi regulatorji, metabolni inženiring pa je naredil prve korake v smeri dinamičnega uravnavanja metabolnih poti. Obe temi podrobno obravnava pregledni članek Cress et al.2015, medtem ko se ta stran osredotoča na dinamične pristope.
Dinamični kontrolni sistemi
Dinamični kontrolni sistemi so zelo koristni v primerih, kjer je določen metabolit toksičen za celico ali pa tekmuje z drugimi celičnimi komponentami pri pomembni celični funkciji. Potrebno je skrbno načrtovanje sistema z ozirom na hitrost produkcije metabolita in koncentracijo pri kateri se njegova škodljivost bistveno poveča.
Dinamični kontrolni sistemi za uspešen nadzor metabolne poti zahtevajo:
- biosenzor, ki zazna koncentracijo molekule ali okoljskega dejavnika, ki nas zanima
- prenos te informacije neposredno na aktuator (alosterična konformacijska sprememba ali sprememba interakcije med proteinoma – asociacija ali disociacija)
- aktuator, pretvornik, ki sprejme signal in v odgovor prilagodi koncentracijo spojine, ki jo zaznavamo (njena razgradnja ali vpliv na izražanje gena)
