کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6372017 1624022 2014 11 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Optimal control analysis of the dynamic growth behavior of microorganisms
ترجمه فارسی عنوان
تجزیه و تحلیل کنترل بهینه کنترل رفتار پویا میکروارگانیسم ها
کلمات کلیدی
ترجمه چکیده
شناخت رفتار رشد میکروارگانیسم ها با استفاده از تکنیک های مدل سازی و بهینه سازی یک منطقه فعال تحقیق در زمینه های مهندسی بیوشیمیایی و زیست شناسی سیستم می باشد. در این مقاله، ما یک چارچوب مدل سازی کلی بر اساس مدل مونود برای مدل سازی رشد میکروارگانیسم ها پیشنهاد می کنیم. با استفاده از چارچوب کلی، ما یک مشکل کنترل بهینه را با هدف حداکثر رساندن یک هدف بلند مدت سلولی و آنالیز را با توجه به محدودیت های مختلف برای رشد میکروارگانیسم ها در محیط دو دسته سوبسترا حل می کنیم. ما رابطه بین اهداف بلند مدت و کوتاه مدت سلول را بررسی می کنیم و نشان می دهد هدف حداکثر غلظت سلول در یک زمان ثابت ثابت معادل حداکثر سازی سرعت رشد لحظه ای است. سپس اتصال ریاضی بین چارچوب تعمیم یافته و چارچوب مدل سازی بهینه و سایبرنتیک برقرار می شود و معادلات پویای توزیع عمومی را برای مدل های بهینه و سایبرنتیک به دست می آوریم. ما در نهایت تاثیر چندین محدودیت در چارچوب مدل سازی سایبرنتیک بر رفتار رشد بهینه میکروارگانیسم ها را با حل چندین مسائل بهینه سازی دینامیکی با استفاده از الگوریتم های ژنتیکی نشان می دهیم.
موضوعات مرتبط
علوم زیستی و بیوفناوری علوم کشاورزی و بیولوژیک علوم کشاورزی و بیولوژیک (عمومی)
پیش نمایش مقاله
تجزیه و تحلیل کنترل بهینه کنترل رفتار پویا میکروارگانیسم ها
چکیده انگلیسی
Understanding the growth behavior of microorganisms using modeling and optimization techniques is an active area of research in the fields of biochemical engineering and systems biology. In this paper, we propose a general modeling framework, based on Monod model, to model the growth of microorganisms. Utilizing the general framework, we formulate an optimal control problem with the objective of maximizing a long-term cellular goal and solve it analytically under various constraints for the growth of microorganisms in a two substrate batch environment. We investigate the relation between long term and short term cellular goals and show that the objective of maximizing cellular concentration at a fixed final time is equivalent to maximization of instantaneous growth rate. We then establish the mathematical connection between the generalized framework and optimal and cybernetic modeling frameworks and derive generalized governing dynamic equations for optimal and cybernetic models. We finally illustrate the influence of various constraints in the cybernetic modeling framework on the optimal growth behavior of microorganisms by solving several dynamic optimization problems using genetic algorithms.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Mathematical Biosciences - Volume 258, December 2014, Pages 57-67
نویسندگان
, ,