Bakalářská práce

Computational Workflow for Genome-Scale Metabolic Model Reconstruction of Non-Model Organisms

Kryštof Matuštík
Anotace

Celogenomové metabolické modely (GEM) nabízejí kolekci znalostí pro pochopení metabolických sítí specifických pro daný organismus, přičemž jejich využití sahá od strain engineering až po předpovídání chování buněk. V posledních dvou desetiletích bylo vytvořeno několik GEM, avšak vytvoření takových modelů pro nemodelové organismy je stále náročné. Tato práce představuje klíčové koncepty rekonstrukce …více

Abstract

Genome-scale metabolic models (GEMs) offer an organism-specific knowledge base for understanding metabolic networks, with applications ranging from strain engineering to predicting cell behaviour. In the last two decades, multiple GEMs were created. However, the creation of such models for non-model organisms is still a challenging endeavour. This thesis introduces GEM reconstruction's key concepts …více

Zadání práce
The problem of genome-scale metabolic model (GEM) reconstruction is a non-trivial bioinformatics task with many computer scientific challenges. The goal of the thesis is to get familiar with the state-of-the art methods and prepare an efficient pipeline chaining several existing tools into a unified workflow. With respect to the inherent complexity of GEM reconstruction, the student is primarily expected to identify particular problems suitable for concrete use-case scenarios and develop a preliminary solution at a prototype level.  

In the theoretical part, the student will make a brief overview of existing tools for GEM reconstruction and analysis (i.e., pathway tools, Merlin). The main aim is to describe the problems related with the model reconstruction procedure. Next, the methods allowing to assess the predicted reaction network as a graph will be discussed. Finally, tools for computing flux-balance analysis will be described as well at the general level.

In the practical part, the student will design and develop a workflow to employ a selected model reconstruction framework to obtain a draft of the reaction network. The main goal will be to design and implement algorithms assisting the creation, iterative improvement, and analysis of the network and the model. The student will combine graph-based techniques as well as analyses based on stoichiometric matrix (e.g., flux balance analysis).  The proposed methods will be evaluated on real-world metabolic networks (e.g., Escherichia Coli, Pseudomonas Putida or potentially other biotechnologically relevant microorganisms).  

The workflow will be implemented primarily in Python as an easily extensible and well-documented framework.
Práce zkontrolována:
24. 5. 2025 09:03, doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D., učo 3159
Jazyk práce
angličtina angličtina
Termín obhajoby
26. 6. 2025
Práce byla úspěšně obhájena

Vedoucí

doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D., učo 3159
KSUZD FI MU

Oponent

doc. Mgr. Ing Karel Sedlář, Ph.D.
ext LF MU

Konzultant

doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D., učo 151419
Mikrob ÚEB Biol PřF MU

Masarykova univerzita Fakulta informatiky
Studijní program
Plán
Informatika
  • Přidání souboru

    Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
  • Další operace se soubory

    Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
  • Pohled pro experty

    Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
  • Vyhledávání souborů

    Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
  • Rychlý přístup k souborům

    Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.