基質-明示的モデリングによる生物地球化学的反応における有機物熱力学の表現【JST・京大機械翻訳】

Song, H.-S.; Stegen, J. C.; Graham, E. B.; Lee, J.-Y.; Garayburu-Caruso, V.; Nelson, W. C.; Chen, X.; Moulton, J. D.; Scheibe, T. D.

プレプリント

J-GLOBAL ID：202202203225628001 整理番号：22P0227083

基質-明示的モデリングによる生物地球化学的反応における有機物熱力学の表現【JST・京大機械翻訳】

Representing Organic Matter Thermodynamics in Biogeochemical Reactions via Substrate-Explicit Modeling

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発行年： 2020年02月28日プレプリントサーバーでの情報更新日： 2020年02月28日
JST資料番号： O7001B 資料種別：プレプリント
記事区分：プレプリント発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

※このプレプリント論文は学術誌に掲載済みです。なお、学術誌掲載の際には一部内容が変更されている可能性があります。

予測生物地球化学的モデリングは,基質を変換する微生物過程の洗練された役割の明示的表現を可能にするデータモデル統合を必要とする。高分解能有機物(OM)特性化からのデータは,ますます利用可能であり,この目的のための重要な資源として役立つが,生物地球化学的モデルへのそれらの組み込みは,反応ネットワークの過剰単純化記述により,しばしば禁止されている。このギャップを埋めるために,OMプールの熱力学特性に基づくOM特異的酸化分解経路と反応速度をパラメータ化できる生物地球化学的モデリング-条件付基質-明示的モデリングの新しい概念を提案した。得られた速度モデルはOMプロファイルの複雑性に関係なく2つのパラメータだけによって特性化され,それはパラメータ同定の困難さを緩和することにより生態系シミュレーションのための反応性輸送モデルとの統合を大きく促進する。与えられた試料中の全ての検出された有機分子に対して,著者らのアプローチは,化学式から反応速度論を定式化する系統的方法を提供し,これは,条件を横切る生物地球化学的プロセスに対するOM特性の影響の評価を可能にする。異なるOM熱力学を有する2つのサイトの事例研究において,著者らの方法は,実験速度測定と一致するOMの熱力学的効率によって主に駆動される酸化分解を予測するだけでなく,炭素および/または酸素制限に対する条件特異的応答を含む生物地球化学的反応の以前に未知の非常に重要な側面を明らかにした。最後に,提案した基質-明示的モデリングアプローチが,改善された予測を提供するために酵素-陽的アプローチと相乗的に組み合わせることができることを示した。この結果は,微生物,酵素,および基質の間の動的相互作用を理想的に記述でき,将来の研究における先進的な疑問と仮説に取り組むことができる統一的な枠組みとして,統合的生物地球化学的モデリングを提示する。まとめると,本研究で提案した新しいモデリング概念は,多様な実験データおよび現存モデリングアプローチとの統合強化を通して,生物地球化学的および生態系動力学の前例のない予測のための基礎プラットフォームを提供する。【JST・京大機械翻訳】

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水圏・生物圏の地球化学 , 研究開発

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