MANUAL DE USUARIO METABOLIC NETWORK ANALYSIS CENTER (MNAC)

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1 MANUAL DE USUARIO METABOLIC NETWORK ANALYSIS CENTER (MNAC)

2 El presente documento corresponde al manual de usuario del programa MNAC Metabolic Network Analysis Center. Este programa fue el resultado de una tesis de Magíster en Ciencias de la Ingeniería en la Pontifica Universidad Católica de Chile, cuyo nombre es: MNAC: software para la formulación y análisis de modelos estequiométricos, en donde se encuentran descrito detalladamente los algoritmos utilizados. El programa tiene un sitio Web, en donde se puede descargar el programa y ejemplos. Marcas comerciales: Matlab, programa que se utilizó para la programación del programa. Tomlab, toolbox de optimización para Matlab Ambos programas se deben adquirir separadamente por el usuario para poder utilizar MNAC. Agradecimientos especiales para el Profesor Ricardo Pérez Correa, quien fue un excelente guía para la realización de este programa. Autor: Jaime Ulloa Varas Estudiante de Ingeniería Civil Industrial, con mención en Ingeniería Química Estudiante de Magíster en Ciencias de la Ingeniería Pontificia Universidad Católica de Chile Mail: Septiembre

3 INDICE Indice... 3 I INTRODUCCION Modelos estequiométricos Requisitos del sistema Instalación del programa Tipos de archivos del programa... 7 II Metabolic Network Creator (MNC) Importar modelos de excel Crear un modelo estequiométrico Los metabolitos y sus propiedades Eliminar un metabolito Ingresar y/o editar un metabolito Las reacciones del modelo Numero de Condición de la matriz estequiométrica Borrar una reacción Agregar reacción Opciones Chequeo del modelo (CheckDimension) Guardar el modelo (Save as) Crear un informe del modelo estequiométrico Salir MNCreator (Exit MNC) Archivo de respaldo (back up) Identificación de errores III CLASSIFICATION ANALYSIS SOFTWARE (CAS) Propiedades de los metabolitos en el modelo estequiométrico Propiedades de los flujos metabólicos en el modelo estequiométrico Combinatory Redundancy Report (Informe de todas las mediciones redundantes) Run Classification Analyzer (realizar el análisis de clasificación) Opciones Guardar el modelo (Save as) Crear un informe con los resultados del análisis de clasificación Crear un documento con las ecuaciones de mediciones redundantes

4 3.4.4 Modificar y realizar un nuevo análisis de clasificación al modelo Ingresar mediciones y calcular los flujos metabólicos Archivo de respaldo (back up) Calculo de flujos metabolicos o análisis de flujos metabólicos Identificación de errores...29 IV MILP OPTIMIZATION SOFTWARE (MILPOS) Crear un nuevo modelo de Optimización Restricciones adicionadas por el usuario Agregar restricciones Limites, punto inicial de búsqueda y función objetivo Menu de opciones de la ventana Bounds, Initial Point and Objective Function Resolver el problema de optimización Menu opciones de la ventana MILP-O-S Resume MILP Optimization Problem Optimización LP (LP-Optimization) Optimización MILP (MILP-Optimization) Ventana de resultados de la optimización Opciones Guardar el problema de optimización y los resultados Crear un Informe con el problema de optimización y los resultados Archivo de respaldo (back up) Identificación de errores ANEXOS - INFORMES DE RESULTADOS...43 Informe creado por MNC. (Create a *.doc with a Report of the Metabolic Network)...43 Informe creado por CAS. (Create a *.doc with a Report of the Metabolic Network)...45 Informe creado por MILP. (Create a *.doc with a Report of the Metabolic Network)...47 Informe creado por MILP. (Create a *.doc with a Report of the Metabolic Network)

5 I INTRODUCCION Metabolic Network Analysis Center (MNAC) es un programa desarrollado en Matlab, el cual permite a través de una interfaz computacional manejar y analizar modelos estequiométricos por el usuario. Este programa consta de varias subrutinas, las cuales el usuario puede elegir según sus necesidades de trabajo. Se podría decir que MNAC es mas bien una interfaz central que permite al usuario seleccionar entre tres opciones o software principales, en donde cada uno apunta a un cierto objetivo distinto. Metabolic Network Creator (MNCreator): Permite crear modelos estequiométricos a través de una interfaz computacional. Classification Analysis Software (CASoftware): Permite realizar, a través de una interfaz, un análisis de clasificación a los modelos creados. Además permite el Análisis de Flujos Metabólicos (MFA), o sea la estimación de los flujos metabólicos utilizando mediciones experimentales. MILP Optimization Software (MILPOSoftware): Software que permite el Análisis de Balances de Flujos (FBA), o sea la optimización. Además verifica existencia de múltiples soluciones. Cada uno de estos software funciona en etapas, o sea van guiando al usuario secuencialmente por distintas ventanas que permiten llevar a cabo la realización de los programas. El manual de cada uno de los tres programas principales se presenta separadamente. 1.1 Modelos estequiométricos Los modelos estequiométricos se basan en el supuesto de que el transiente metabólico es mucho mas rápido que las tasas de crecimiento celular y que los cambio del medio ambiente que rodea al organismo. La estequiometría de cada reacción se escribe directamente en las filas de la matriz estequiométrica T. A modo de ejemplo se presenta en la Figura 1.1 un esquema de la matriz estequiométrica. Figura 1.1 modelos estequiométricos Así, con esta información de reacciones, se puede escribir las ecuaciones de balances de flujos metabólicos de la siguiente forma: 5

6 m j= 1 T ji υ j = r, i i, donde m representa al numero total de reacciones, T ji corresponde al coeficiente estequiométrico del metabolito i en la reacción j, ν j representa al flujo de la reacción j, y r i es la tasa neta de producción del metabolito i. Para todos los metabolitos internos no acumulables, r i es cero. Las ecuaciones de balances de flujos se pueden agrupar y escribirlas de forma matricial como: 1.2 Requisitos del sistema r T T υ = 0 MNAC fue programado en lenguaje de Matlab, utilizando la versión Release 12, 2000 del mismo programa. Para el correcto funcionamiento de las opciones de MNAC, se debe verificar que la versión utilizada por el usuario sea compatible con la versión 6 de Matlab, además debe incluir ciertos los toolbox: Toolbox básico de Matlab (funciones matemáticas, manejo de matrices, herramientas de álgebra lineal, etc.) Toolbox de optimización (algoritmos de optimización) Toolbox simbólico (permite operaciones y manejo simbólico de variables) Tomlab + (toolbox que no pertenece a MathWoks, Inc. y fue desarrollado por particulares como un toolbox de optimización para Matlab ) El computador utilizado para su programación y para la verificación de su correcto funcionamiento tiene un sistema operativo Windows 98, con memoria RAM de 128 Mb y un procesador Celeron de 533 MHz. Para la programación de la interfaz, se utilizó una tamaño de pantalla de 800 x 600 pixeles, por lo que se recomienda, para la correcta visualización de las ventanas del software, utilizar está misma configuración. 1.3 Instalación del programa La instalación del programa es bastante fácil. Para su instalación se debe descomprimir el archivo.zip conservando la estructura original de los directorios. Así, MNAC es instalado en la carpeta \MetabolicNetworkAnalysisCenter y subdirectorios. Para empezar a utilizar MNAC se debe ejecutar primero que nada MATLAB y luego se debe seleccionar como path el directorio en el cual se instaló el paquete, por ejemplo : + Toolbox presindible para la optimización de modelos subdeterminados. Tomlab esta sólo asociado a la verificación de múltiples soluciones de modelos estequiométricos subdeterminados 6

7 Current Directory => c:\ MetabolicNetworkAnalysisCenter Una vez realizado los pasos de instalación generales, usted está listo para empezar a utilizar MNAC, solo debe tipiar en la ventana de comando de Matlab : >> MNAC A continuación se desplegará una ventana como la Figura 1.2, en la cual se pueden seleccionar los distintos programas a usar, según sea la necesidad del usuario. Figura Tipos de archivos del programa El programa utiliza distintos tipos de archivos para su funcionamiento, ver Tabla I-1. Tabla I-1 Tipo de Archivo.mat Descripción Archivo que contiene las variables creadas por los distintos programas, por ejemplo : matriz estequiometrica, nombre de los metabolitos, etc..m Archivo que contiene las rutinas y funciones del programa..p Corresponde a un archivo.m el cual fue transformado un formato privado, el cual no se puede abrir..wk1.doc Archivo con formato Lotus, el cual contiene modelos creados manualmente ya sea en Lotus o Excel. Archivo de Word, que contiene informes de resultados de los modelos analizados. 7

8 II METABOLIC NETWORK CREATOR (MNC) Metabolic Network Creator (MNC) es un software, que permite a través de una interfaz gráfica, crear modelos estequiométricos o redes metabólicas para su posterior análisis en un computador. Para el funcionamiento correcto de este programa, se debe verificar que la versión utilizada sea compatible con la versión 6 y además que los siguientes Toolbox de Matlab estén presentes: Toolbox básico de Matlab (funciones matemáticas, manejo de matrices, herramientas de álgebra lineal, etc) Toolbox simbólico (permite operaciones y manejo simbólico de variables) Una visión global del esquema de funcionamiento de este software se muestra en la Figura 2.1 Figura 2.1 Una vez realizado los pasos de instalación generales del MNAC, usted está listo para empezar a utilizar Metabolic Network Creator, solo debe hacer click en el botón NMCreator de la ventana principal de MNAC (ver Figura 1.2). 8

9 A continuación se desplegará en la pantalla la primera ventana, MNC-Welcome, del software (Figura 2.2). Figura 2.2 En esta ventana indica los datos del software. Además se permite al usuario tres opciones: a) Create a New Metabolic Network (Crear una nueva red metabólica) b) Load an Existing Model (Abrir o Cargar un modelo ya existente) c) Import a Model (*.wk1) (Importar un modelo) En el caso de elegir la opción de abrir un modelo ya existente, se desplegará la típica ventana de dialogo de Windows que consulta por el nombre del archivo y su localización. 2.1 Importar modelos de excel Para importar una red metabólica desde Excel, se debe cumplir con cierto formato, de modo que el programa MNC sea capaz de leerlo. Para definir una red metabólica se debe definir los siguientes aspectos: Nombre de los metabolitos presentes Nombre de los flujos internos de la red metabólica Matriz estequiométrica que representa la red metabólica Definir entre los metabolitos cuales corresponden a: 1) sustrato, 2) producto o metabolito interno acumulable y por último 3) metabolito interno no acumulable Formato a seguir en la hoja excel (Figura 2.3) : Columna 1: Contiene información sobre los metabolitos: 1 = sustrato 9

10 2 = producto o metabolito interno acumulable 3 = metabolito interno no acumulable Columna 2 : Contiene los nombre de los metabolitos *, los cuales están en el mismo orden que en la matriz estequiométrica y que en la columna 1. Columna 3 : Contiene los nombre de los flujos intracelulares *. Columna 4 en adelante : Matriz Estequiométrica **, alineada con la Columna 3. Figura 2.3 Es importante acotar que al escribir el modelo estequiométrico en Excel, las celdas no deben contener ningún formato de escritura, ya sea justificado, centrado, alineado a la izquierda o derecha. Además todas las celdas de la matriz estequiométrica deben tener el mismo tamaño (ancho y alto de la celda). Estos son detalles que hará que Matlab no pueda leer correctamente el archivo. Matlab tiene una opción la cual permite leer archivos con extensión *.wk1, por lo cual se debe seleccionar al momento de grabar en Excel la extensión: WK1(1-2-3) (*.wk1). Al elegir la opción Impor a model (*.wk1), se despliega un programa que viene incluido en Matlab para importar datos llamado Import Wizard, el cual se muestra en la Figura 2.4. Primero se debe seleccionar el archivo *.wk1 a importar, para esto se presiona el botón Browse y se selecciona el archivo. A continuación se debe presionar Next y para finalizar la importación de datos presione Finish, lo cual lo devolverá al MNC y podrá continuar con su trabajo. * Los nombres no deben empezar con números. Además no pueden contener símbolos aritméticos ni espacios. ** El separador decimal a utilizar en los números es la coma. 10

11 Figura Crear un modelo estequiométrico Al elegir esta opción en la ventana MNC-Welcome (Figura 2.2), el software procede a desplegar la ventana llamada MNC-Metabolic Network Details (Figura 2.5). Figura 2.5 En esta ventana se ingresan detalles referentes al modelo que se está creando o bien utilizando. Estos datos son: User s name (nombre del usuario) Microorganism s name (nombre del microorganismo) Coments (comentarios) Una vez ya ingresados los datos, presione Enter. 11

12 2.3 Los metabolitos y sus propiedades A continuación de la ventana MNC-Metabolic Network Details (Figura 2.5) se desplegará una ventana que permite administrar los metabolitos que van a participar en la red metabólica, MNC- Metabolite (Figura 2.6). Esta posee un recuadro que indica todos los metabolitos que están participando en el modelo. Al seleccionar uno de ellos en la lista, se despliega en el recuadro superior derecho que clase de metabolito es (sustrato, producto o metabolito interno no acumulable). Figura 2.6 Esta ventana posee un menú Options-MNC con los comandos: Save as y Exit Eliminar un metabolito Para eliminar un metabolito que pertenezca al modelo, este se debe seleccionar en la lista de metabolitos y luego presionar el botón Delete Metabolite. A continuación aparecerá una ventana para confirmar la eliminación del metabolito en cuestión (Figura 2.7). Figura

13 En esta ventana de confirmación aparecerá una lista de reacciones en la cual el metabolito es partícipe, de modo que el usuario tome las precauciones adecuadas con aquellas reacciones, ya que se estaría cambiando la reacción al borrarle un metabolito Ingresar y/o editar un metabolito Para ingresar o editar un metabolito del modelo, se debe presionar los botones Add a New Metabolite o Edit Metabolite respectivamente. Para editar un metabolito, se debe primero, seleccionarlo en la lista de metabolitos. Se desplegará a continuación, la ventada de nombre MNC- Add a new metabolite o MNC-Edit Metabolite respectivamente. Ambas ventanas son de la misma estructura, por lo cual se presenta solo la primera de ella en la Figura 2.8. Figura 2.8 En está ventana se pide el nombre del metabolito a ingresar y la clase a la que pertenece: a) Substrate (Sustrato) b) Product or internal metabolite accumulated (Producto o metabolito interno acumulable) c) Internal non-accumulated metabolite (Metabolito interno no acumulable) Los nombres de los metabolitos no deben empezar con un número (una forma para ingresar un nombre con un numero al inicio es antecediendo el nombre con un guión inferior, por ejemplo _3Pglicerate o _5AICAR). Además no deben incluir espacios en blanco y signos matemáticos en los nombres. Para agregar o editar el metabolito en cuestión al modelo, se debe presionar el botón Add o Change respectivamente. Una vez que se tengan todos los metabolitos que participan en la red metabólica ingresados al software, se procede a presionar Next en la ventana MNC-Metabolites. 2.4 Las reacciones del modelo Una vez ingresados todos los metabolitos del modelo, se procede a ingresar las reacciones involucradas en el modelo a desarrollar. La ventana MNC-Stoichiometric Reaction Properties 13

14 (Figura 2.9) permite la administración de las reacciones. Cada reacción tiene asociada un flujo interno, que generalmente tienen nombres de v1, v2, v3,... Son estos los nombres que se muestran en el recuadro izquierdo inferior, bajo el nombre de Names of the Internal flux rates in the network. En el recuadro superior, bajo el nombre de View of the reaction, se muestra la reacción que representa el nombre del flujo interno seleccionado de la lista de flujos, para así saber que reacción se trata. Figura Numero de Condición de la matriz estequiométrica. Un método para realizar un análisis de sensibilidad de modelos estequiométricos, es calculando el Número de Condición (NC) de la matriz estequiométrica T. En este caso, el NC refleja la sensibilidad de las soluciones sujetas a errores en la estequiometría propuesta. La magnitud del NC proporciona información referente a los requerimientos de precisión de las mediciones. Por ejemplo, si tenemos un número de condición de dos dígitos, la precisión de las mediciones también debe ser de 2 dígitos. Debido a que las mediciones de tasas de fermentaciones son raramente calculadas con una precisión mayor que dos dígitos, es que se propone valores de NC entre 1 y 100 para que la matriz estequiométrica esté bien condicionada (well-conditioned). De no ser así, la matriz está mal condicionada (ill-conditioned), con lo cual los pequeños errores en las mediciones se pueden propagar en errores mayores en la estimación de los flujos. La ventana posee un recuadro en el cual se calcula el número de condición de la matriz estequiométrica asociada al modelo estequiométrico. Se debe presionar el botón respectivo para que aparezca el valor del NC Borrar una reacción Para borrar una reacción que ya esté ingresada al modelo, primero se le debe seleccionar en la lista de nombres de flujos internos y luego presionar el botón Delete Reaction. Está acción se realiza inmediatamente y no posee una ventana que confirme el deseo de borrar aquella reacción. 14

15 2.4.3 Agregar reacción Para agregar una reacción al modelo se debe presionar el botón Add a New Reaction, con lo cual se desplegarán dos nuevas ventanas, secuencialmente, que permitirán ingresar la reacción al modelo (Figura 2.10 y Figura 2.11). Figura 2.10 Figura 2.11 La primera de ellas, corresponde a la ventana donde se ingresa el nombre del flujo metabólico interno que está asociado con la reacción a ingresar. La segunda ventana es donde se ingresa la reacción estequiométrica. Para ingresar una reacción, se deben ingresar separadamente los reactantes y los productos. Los reactantes se van ingresando de a uno: 1.- Se selecciona el reactante en el popup button bajo el nombre de choose a reactant, en el recuadro izquierdo. 2.- Luego se ingresa el coeficiente estequiométrico en el recuadro que sigue abajo (los valores de los coeficientes estequiométricos de los reactantes se ingresan como valores positivos, el programa se encarga de asignarles un signo menos al crear la matriz estequiométrica). 15

16 3.- Una vez que se tenga seleccionado el reactante y escrito el coeficiente estequiométrico, se presiona Add Reactant. Se prosigue de la misma forma con el resto de los reactantes. Para los productos se realiza el mismo procedimiento. Una vez que se tenga ingresada toda la reacción, se presiona el botón Add Reaction, donde aparecerá una ventana confirmando la adición de la reacción al modelo (Figura 2.12). Figura 2.12 El botón Clear Reaction de la Figura 2.11, deja en blanco todos los metabolitos y coeficientes estequiométricos ingresados, permitiendo al usuario empezar de nuevo el ingreso de la reacción. 2.5 Opciones La ventana MNC-Stoichiometric Reactions Properties, es la última ventana de este software y contiene un menú de opciones como se muestra en la Figura Figura Chequeo del modelo (CheckDimension) El primer comando, CheckDimension, verifica que los tamaños de las matrices que definen la red metabólica coincidan, además verifica que no haya reacciones vacías ni metabolitos que no participen en ninguna reacción. En el caso de haber una reacciones o metabolitos vacíos, se desplegará una ventana preguntando si se quieren borrar (Figura 2.14 y Figura 2.15) Guardar el modelo (Save as) El tercer comando, Save as, permite al usuario grabar el modelo en un archivo de Matlab de extensión *.mat, donde las variables de importancia se muestran en la Tabla II-1. Este archivo podrá ser leído por las demás herramientas de MNAC. 16

17 Tabla II-1 Variable name_metab caract_metab_rates name_intflux matrix_stm name_user name_microorg Descripción Cell Array que contiene los nombre de los metabolitos. Matriz con valores que representan las propiedades de los metabolitos. Cell Array que contiene los nombre de los flujos internos. Matriz estequiométrica (T) Nombre del microorganismo, al cual representa el modelo metabólico. Nombre del usuario que creó el modelo. coments Comentarios 1 coments2 Comentarios Crear un informe del modelo estequiométrico El segundo comando, Create a *.doc with a Report of the Metabolic Network, como lo dice su nombre, crea un documento en word el cual contiene todo lo relacionado con el modelo estequiométrico (fecha, nombre del usuario y microorganismo, comentarios, numero de condición, reacciones estequiométricas que participan en el modelo, y ecuaciones de balances de todos los flujos intracelulares). Al seleccionar esta opción se mostrará una ventana en la cual se pide el nombre del archivo que se va a crear, en donde es muy importante recordar que hay que incluir la extensión *.doc al final, por ejemplo: filename.doc. Este documento se crea en la carpeta Report_Results dentro de la carpeta MNCreator. Para mayor información sobre el esquema de los informes de resultados, Ver Anexos Informes de Resultados Salir MNCreator (Exit MNC) Cuarto y último comando, Exit, es el que permite cerrar el programa. Ojo se debe guardad manualmente los cambios realizados por el usuario a la red metabólica antes de cerrar el programa Archivo de respaldo (back up) Es muy importante nombrar que MNC consta con un archivo de seguridad en el caso de cerrar el programa sin haber guardado los últimos cambios al modelo. El archivo que hay que buscar se llama lucky_backup_mnc.mat y se encuentra en la carpeta MNCreator. Este archivo contiene todas las variables importantes del modelo, descritas en la Tabla II-1. 17

18 2.6 Identificación de errores Al ingresar un nombre, ya sea de metabolito o de flujo interno, se verifica que este sea distinto a los que ya están incorporados al programa. Si el nombre ya existe, se despliega una ventana de Error, el cual le indica al usuario que debe cambiar el nombre. Se despliega un mensaje de error cuando al querer agregar un metabolito, no se le asigna si corresponde a un sustrato, producto o metabolito interno. Se despliegan errores en el caso que cuando se pide ingresar un nombre, este no se ingresa o bien se ingresa, pero contiene caracteres que el software no permite (espacios, signos matemáticos, entre otros) MNC posee una continua verificación para que no se produzcan errores, verificando que no existan reacciones ni metabolitos vacíos. De ocurrir esta situación se despliegan las siguientes ventanas respectivamente Figura 2.14 Figura

19 III CLASSIFICATION ANALYSIS SOFTWARE (CAS) Classification Anáyisis Software (CAS) es un software, que permite a través de una interfaz gráfica, realizar un análisis de clasificación a las variables de los modelos estequiométricos. Además permite la estimación de los flujos intracelulares en modelos sobredeterminados y determinados, y por otro lado estimar las variables que sólo dependen de las mediciones para modelos subdeterminados. El simple análisis de los grados de libertad de un modelo, no es suficiente para saber si se trata de un modelo determinado, sub o sobre determinado, ya que por ejemplo las dependencias lineales y ciertos ciclos de flujos pueden convertir un modelo sobredeterminado global en uno subdeterminado, es decir, en donde no se pueda calcular todos los flujos. La estimación de las variables no medidas depende de la estructura de la red metabólica y del conjunto de variables a medir. Generalmente hay un número limitado de mediciones o instrumentos, por lo que las variables no medidas se pueden dividir en determinables o indeterminables. Por el otro lado, las variables medidas se pueden dividir en mediciones redundantes o no redundantes. Lo anterior se resume en las Figura 3.1 y Figura 3.2 Figura 3.1 Figura 3.2 Una variable medida se llama redundante, si su valor puede ser calculado por medio de otras variables medidas, y no redundante en caso contrario. Una variable no medida se puede clasificar en: Indeterminable: Si no se puede determinar su valor a partir de las mediciones disponibles. 19

20 Determinable/estimable: Si su valor puede ser calculado a partir de las mediciones disponibles. Determinable/no_estimable: Si su valor depende de al menos una variable no medida indeterminable. Sánchez y Romagnoli (1996) presentaron un método para la clasificación de variables, el cual ha sido aplicado con éxito a plantas industriales de proceso químicos. Este método se basa en la descomposición QR y es capaz de entregar todas las relaciones de redundancia y estimabilidad (todas las relaciones entre variables medidas y no medidas). Además este método sugiere posibles mediciones a realizar, de modo que el sistema sea completamente estimable, lo que permite enfocar el esfuerzo a medir sólo aquellas variables sugeridas. Una visión global del esquema de funcionamiento de este software se muestra en la Figura 3.3 Figura

21 Para el funcionamiento correcto de este programa, se debe verificar que la versión utilizada sea compatible con la versión 6 y además que los siguientes Toolbox de Matlab estén presentes: Toolbox básico de Matlab (funciones matemáticas, manejo de matrices, herramientas de álgebra lineal, etc) Toolbox simbólico (permite operaciones y manejo simbólico de variables) Una vez realizado los pasos de instalación generales del MNAC y poseer un modelo estequiométrico creado por MNCreator, usted está listo para empezar a utilizar Classification Analysis Software, solo debe hacer click en el botón CASoftware de la ventana principal de MNAC (Figura 1.2). A continuación se desplegará la pantalla la primera ventana Classification Analysis Software - Welcome (Figura 3.4). Figura 3.4 Esta ventana indica los datos del software. Además se permite al usuario dos opciones: a) Analyze a New Model (Analizar un nuevo modelo) b) Load an Analyzed Model (Abrir o Cargar un modelo ya analizado) La primera opción, analizar un nuevo modelo, se refiere a iniciar un análisis de clasificación a un modelo estequiométrico que haya sido creado por MNCreator. En cambio la segunda opción, abrir un modelo ya analizado, se refiere a abrir un archivo ya creado por CASoftware, para lo cual se desplegará la típica ventana de dialogo de Windows que consulta por el nombre del archivo y su localización. En ambos casos se desplegará una ventana que contiene el nombre del usuario, microorganismo y comentarios, los cuales fueron ingresados al momento de crear el modelo estequiométrico. A continuación de esta ventana que contiene información del modelo, se despliega otra ventana la cual maneja las distintas propiedades de los metabolitos (Figura 3.5). 21

22 Figura Propiedades de los metabolitos en el modelo estequiométrico Para definir o cambiar las propiedades de los metabolitos, se debe presionar el botón Property of the selected metabolite en la ventana CAS Metabolite Properties (Figura 3.5), con lo cual se desplegará una ventana que permite administrar las propiedades de los metabolitos que participan en la red metabólica, CAS Metabolite s properties (Figura 3.6). Figura 3.6 Cada compuesto o metabolito que participa en la red metabólica, se puede clasificar como Sustrato, Producto o Metabolito Interno. En los dos primeros casos el metabolito tendrá asociada una tasa neta de consumo o producción respectivamente la cual puede ser medida o no medida. Si 22

23 se trata de un metabolito interno, no tendrá asociada ninguna tasa neta. Por defecto, al analizar por primera vez un modelo, todas las tasas serán asignadas como no medidas. 3.2 Propiedades de los flujos metabólicos en el modelo estequiométrico Una vez terminado con la definición de las propiedades de los metabolitos, se pasa a la ventana que se representa en la Figura 3.7, en donde el botón Change property of the selected flux permite definir a un flujo intracelular como medido por medio de la Figura 3.8. Figura 3.7 Figura 3.8 En la parte inferior de la Figura 3.7 hay dos botones, en ambas opciones se parte definiendo un valor de tolerancia antes de empezar con los algoritmos respectivos (Figura 3.9). Esta tolerancia representa un valor para el cual se define el cero, es decir valores absolutos menores que la tolerancia son ceros. Esta tolerancia sólo se aplica al resultado final, de modo de no alterar los cálculos intermedios. 23

24 Figura 3.9 Por ejemplo si se obtiene la siguiente ecuación redundante del análisis de clasificación: v v2 = 0 v 3 [ ] la tolerancia ingresada en la Figura 3.9 es de , lo que obligará al coeficiente de la variable v2 en la ecuación de redundancia a ser cero, por lo que solo estarán involucradas en la ecuación de redundancia las variables v1 y v Combinatory Redundancy Report (Informe de todas las mediciones redundantes) En la Figura 3.7, la opción Combinatory Redundancy Report permite, a través de un algoritmo combinatorial, encontrar todas las posibles combinaciones de tasas netas existentes y flujos metabólicos medidos que son redundantes entre sí. El resultado de esta opción es un informe en Word, el cual es guardado en la carpeta Results_reports dentro de la carpeta CASoftware (ver Anexos Informes de resultados). El algoritmo toma en cuenta todas las tasas netas del modelo, ya sea de sustratos o productos, pero si se quiere incluir la medición de un flujo metabólico en el análisis combinatorial de redundancia, este se debe seleccionar como medido antes de empezar con esta opción. Realizar todas las combinaciones entre todas las mediciones posibles y analizarlas puede demorar bastante tiempo, sobre todo para modelos grandes, por lo que se ha implementado una ventana (Figura 3.10) la cual permite al usuario definir el numero de máximo de combinaciones entre las mediciones para analizar. Figura

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