Development of a tool for partial automated annotation of metabolic reactions

Abstract

Metabolic network reconstructions provide the mathematical in-silico frame work for the study of metabolism through the simulation of generic or specific metabolic pathways. Polyphenols are niche dietary compounds with a growing field of interest in the scientific community. Modelling with these compounds is a step for ward in the completion of metabolic reconstructions. As polyphenols are metabolized by both the gut microbiome and the human host, it is essential to understand the organism-specific metabolic mechanism behind their degradation. Since information is spread out through several information sources and their metabolism is highly complex, it is extremely challenging and time-consuming to manually annotate their metabolism. The focus of the work here developed was thus the creation of a tool that could speed up the data collection process for posterior manual curation, with a focus on the addition of polyphenol metabolism into the largest and most comprehensive reconstruction of human metabolism, ”Recon”. This resulted in the creation of the Database Reaction Automatic eXtraction (DRAX) tool, a biological database web scraper. DRAX was initially targeted at polyphenols but it also allows the collection of reactions for other metabolites and drugs. DRAX allows the comprehensive extraction of metabolite reactions through metabolic pathway-based iterative web scraping. It will provide researchers with a starting point for metabolism reconstruction, allowing a more efficient addition of novel metabolic pathways.

Reconstruções metabólicas fornecem um framework matemático in-silico para o estudo de metabolismo através de simulações genéricas ou específicas de pathways metabólicos. Um modelo metabólico é a união de uma reconstrução metabólica com restrições fisiologicamente coerentes. Polifenóis são substâncias dietéticas com um crescente interesse na comunidade científica. Modelação com estes compostos é, portanto, um importante passo a dar na completação de reconstruções metabólicas. Como polifenóis são metabolizados pelo microbioma intestinal e pelo hospedeiro humano, é essencial perceber o metabolismo, específico a cada organismo, por trás da sua degradação. Como a informação para anotar o seu metabolismo está espalhada em várias fontes, este processo torna-se extremamente desafiante e moroso. O objetivo desta tese foi então o desenvolvimento de uma ferramenta que acelere a coleção desta mesma informação, para que esta possa depois ser curada manualmente por investigadores. Isto levou à criação da ferramenta Database Reaction Automatic eXtraction (DRAX). Inicialmente esta ferramenta focava-se na adição de polifenóis à reconstrução metabólica mais compreensiva,” Recon”, contudo também permite a adição de outros metabolitos e drogas. DRAX permite então a extração de reações metabólicas através de web scraping iterativo baseado em pathways metabólicos. Irá então disponibilizar investigadores com um ponto de começo para reconstrução do metabolismo específico a diversos compostos previamente desconhecido.