Formålet med kurset er at give den studerende en grundlæggende forståelse af samspillet mellem de mange forskellige intracellulære reaktioner i cellefabrikker, og specielt hvordan flux gennem de forskellige biosynteseveje er reguleret. Der vil være et særligt fokus på biosynteseveje, der leder til industrielt relevante produkter såsom primære metabolitter, antibiotika, industrielle enzymer og farmaceutiske proteiner. Et centralt aspekt af kurset er modellering af cellefabrikker for at hjælpe til med at identificere optimale strategier for introduktion af målrettede genetiske ændringer i mikroorganismerne for at frembringe bedre produktionsstammer. Analyse af samspillet mellem forskellige cellulære reaktioner er et centralt element i kurset, og værktøjer til karakterisering af stammer på et systemisk niveau samt design vil blive beskrevet. Med udgangspunkt i en række forskellige modelleringsværktøjer, vil de studerende lære at modellere og designe cellefabrikker primært ved brug af programmering. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive de forskellige dele af cell factory engineering-cyklussen og disses samspil.
• Designe og analysere cellefabrikker ved hjælp af Python-kode i samarbejde med andre, samt anvende en moderne databaseret tilgang til at foretage reproducerbare beregningsbaserede analyser
• Beskrive koncepterne bag metabolsk flux analyse, og diskutere fordele og ulemper ved anvendelse af forskellige metoder.
• Beskrive principperne der anvendes i omics (transkriptom, proteom, metabolom og fluxom) analyse og model-integration, samt hvordan data fra disse analyser kan anvendes i designet af cellefabrikker.
• Beskrive hvordan der opstilles metabolismemodeller, inklusive black-box modeller, MFA-modeller, MCA-modeller samt genom-skala modeller.
• Beskrive hvordan machine-learning modeller trænes til design af cellefabrikker.
• Diskutere hvordan metabolismemodeller kan anvendes i design af optimale cellefabrikker.
• Udarbejde en eksperimentel strategi for at generere data som kan bruges til at designe cellefabrikker.
• Udarbejde en strategi til at optimere en cellefabrik baseret på viden om metabolismen, kvantitativ fysiologi samt omics data.

Kurset giver en oversigt over design af cellefabrikker med en række eksempler på gennemførsel af målrettede ændringer i cellers metabolisme (ved hjælp af gensplejsning), der har ført til nye produkter, forbedret produktivitet, bedre råstofudnyttelse, mindsket miljøbelastning etc. Endvidere gives der en gennemgang af de redskaber, der kan benyttes til karakterisering af cellers metabolisme og overordnede funktion. Kurset omhandler følgende emner: Introduktion til design af cellefabrikker. Oversigt over metabolske synteseveje. Støkiometri. Regulering af synteseveje. Eksempler på design af cellefabrikker. Metabolsk flux analyse: Teori og eksempler. Anvendelse af C(13)-mærkede substrater til identifikation af synteseveje og bestemmelse af kulstoffluxe. Omics data integration med metabolismemodeller. Case stories vil bruges for at illustrere de forskellige emner. De studerende vil arbejde selvstændigt med eksempler, og med en større gruppeopgave der vil blive præsenteret både mundtligt og skriftligt og som går på at foreslå innovative strategier til design af en cellefabrik for et virkeligt eksempel. Kurset er rettet mod bioteknologistuderende, men kan følges af studerende med en kemiteknisk baggrund, der ønsker en introduktion til aspekter omkring bioinformatik og optimering af biokatalysatorer.
Grundlæggende viden om Python (eller andre programmeringssprog) anbefales, men er ikke et krav (basale færdigheder vil blive opdateret/introduceret i begyndelsen af kurset).
Der findes mulighed til at lave et praktisk projekt som opfølgning til gruppeopgaven i 3-ugers perioden i kursus 27432. 27. oktober, 2020