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Metabolic modelling of the archaeon Nitrososphaera viennensis
Irfan Suljagic
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Informatik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Bioinformatik
Betreuer*in
Steffen Waldherr
DOI
10.25365/thesis.79333
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12663.82164.366342-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Hauptziel dieser Masterarbeit war die Anwendung verschiedener Ansätze zur Modellierung des Metabolismus von Nitrososphaera viennensis, einem Archaeon, das in der Lage ist, Ammoniak zu Nitrit zu oxidieren. Ausgangspunkt war das metabolische Modell, das von Rustem Musaev entwickelt wurde. Der erste Teil des Projekts konzentrierte sich auf die Verbesserung dieses Modells, was in erster Linie das Ausbalancieren biochemischer Reaktionen innerhalb von Stoffwechselwegen sowie die Zuweisung geeigneter Genannotationen umfasste, um die Konsistenz des Modells zu erhöhen und Unklarheiten zu reduzieren. In den folgenden Schritten wurden eine Flux Balance Analysis (FBA) sowie abschließend eine Resource Balance Analysis (RBA) durchgeführt, um einen genaueren Vergleich der Metabolitflüsse zu ermöglichen. Ziel dieses Vergleichs war es, ein klareres Verständnis der metabolischen Eigenschaften von N. viennensis zu gewinnen. Zur Erstellung des RBA-Modells wurden mehrere Anpassungen an der ursprünglich von Ana Bulović und Kolleg:innen entwickelten Software RBApy sowie an den Systems Biology Markup Language (SBML/XML)-Modelldateien vorgenommen. Diese Änderungen umfassten unter anderem die Anpassung von Benennungen und die Ergänzung von Reaktionen, die für die Modellierung von Translationsprozessen erforderlich sind. Mit den vorliegenden FBA-und RBA-Modellen wurde eine vergleichende Analyse durchgeführt, die die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Ansätze herausstellte. Zusätzlich wurde im Rahmen der RBA-Modellierung eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Diese hob die Bedeutung enzymbezogener Parameter, insbesondere katalytischer Konstanten, für die Vorhersage des Metabolismus hervor und zeigte mögliche zukünftige Verbesserungsrichtungen für die Genauigkeit der Flusssimulationen auf. Obwohl das Projekt aussagekräftige und interpretierbare Ergebnisse lieferte, bleiben einige Aspekte-wie der Metabolitfluss in zentralen Stoffwechselwegen und die Verfügbarkeit kinetischer Enzymdaten-noch unklar. Diese Bereiche bieten Ansätze für zukünftige Arbeiten und sind entscheidend für eine genauere und umfassendere Darstellung der metabolischen Funktionen und Umweltinteraktionen von Nitrososphaera viennensis.
Abstract
(Englisch)
The main goal of this Master’s thesis was to apply various approaches to model the metabolism of Nitrososphaera viennensis, an archaeon capable of oxidizing ammonia to nitrite. The starting point was a draft metabolic model developed by Rustem Musaev. The first part of the project focused on improving this model, which primarily involved balancing biochemical reactions within metabolic pathways and assigning appropriate gene annotations to enhance the model’s consistency and reduce ambiguity. Subsequent steps included performing Flux Balance Analysis (FBA) and, ultimately, Resource Balance Analysis (RBA) to enable a more accurate comparison of metabolite fluxes. This comparison aimed to provide clearer insights into the metabolic characteristics of N. viennensis. To facilitate the construction of the RBA model, several modifications were made to the RBApy software-originally developed by Ana Bulović and colleagues-as well as to the Systems Biology Markup Language (SBML/XML) model files. These changes included adjustments to naming conventions and the addition of reactions necessary for modeling translation processes. With both FBA and RBA models in place, a comparative analysis was conducted, highlighting the similarities and differences between the two approaches. Additionally, a sensitivity analysis was performed as part of the RBA modeling process. This analysis underscored the importance of enzyme-related parameters, particularly catalytic constants, in influencing metabolic predictions and pointed to future directions for improving the accuracy of flux simulations. While the project successfully produced meaningful and interpretable results, some aspects-such as metabolite flows in key metabolic pathways and the availability of enzyme kinetic data-remain to be clarified. These areas represent opportunities for future work and are essential for achieving a more accurate and comprehensive representation of the metabolic functioning and environmental interactions of Nitrososphaera viennensis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Stoffwechselmodell Archaeen Computationale Biologie
Schlagwörter
(Englisch)
Metabolic Model Archaea Computational Biology
Autor*innen
Irfan Suljagic
Haupttitel (Englisch)
Metabolic modelling of the archaeon Nitrososphaera viennensis
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
50 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Steffen Waldherr
AC Nummer
AC17647190
Utheses ID
77602
Studienkennzahl
UA | 066 | 875 | |