Developing and validating tests for a metabolic model of Atlantic salmon (Salmo salar)

Abstract

The fish farming industry is expanding, and to achieve economic and ecological sustainability, new fish feeds are being developed. When developing new feeds, it can be useful to first simulate on a computer how the biological network will react. This can be done with metabolic models. Metabolic models consist of the reactions and metabolites arranged into a stoichiometric matrix. Constraints on the network are imposed in the form of stoichiometric coefficients and bounds on reaction rates. To trust the results from a simulation, it is important that the model is well annotated and internally consistent, i.e. of high quality. The software Memote tests the model for a set of quality criteria and presents the score in a report. This thesis will discuss the application, development and validation of Memote’s tests. This is done by implementing three possible improvements iteratively to a model and testing with Memote for each iteration, eventually composing a Memote history report to inspect the change in score for the different model versions. There is an overall emphasis on annotations to databases in the tests; a wide range of annotations for genes, metabolites and reactions will increase the score. Including physiologically important reactions, such as secretion of CO2 will also increase the score. Memote is a good tool to show what the model contains, the scope and notify you if a feature you think was added to the model, was in fact not added. To more thoroughly review the models, adding organism-specific tests could be a possibility.

Akvakulturnæringen er i vekst, og for å oppnå økonomisk og økologisk bærekraftighet må nytt fôr utvikles. Under fôrutviklingen kan det være nyttig å først simulere på datamaskin hvordan det biologiske nettverket vil reagere. Dette kan gjøres med metabolske modeller. Metabolske modeller inneholder reaksjonene og metabolittene satt i en støkiometrisk matrise. Begrensninger på nettverket blir påført i form av støkiometriske koeffisienter og grenser for reaksjonsrater. For å kunne stole på resultatene fra en simulering er det viktig at modellen er godt annotert og internt konsistent, med andre ord av god kvalitet. Programvaren Memote kan teste en modell for bestemte kvalitetskrav og presenterer poengene i en rapport. Denne avhandlingen vil diskutere anvendelsen, utviklingen og validering av Memote sine tester. Dette gjøres ved å implementere tre mulige forbedringer iterativt til en modell og teste med Memote for hver iterasjon, og til slutt lage en Memote historierapport for å se endringene i score for de forskjellige modellversjonene. Det legges stor vekt på databaseannoteringer i testene og et bredt spekter av annoteringer for gener, metabolitter og reaksjoner vil øke poengene. Memote er et bra verktøy for å vise hva modellen inneholder, hva den kan gjøre og varsle hvis en egenskap man trodde ble lagt til i modellen, ikke ble lagt til allikevel. For en enda grundigere gjennomgang av modellene kan det være en mulighet å legge til organismespesifikke tester.