雷帕霉素（Rapamycin）是由吸水链霉菌发酵生产的一种大环内酯类化合物,具有免疫抑制、抗真菌和抗肿瘤活性。由于其在医学领域的重大贡献尤其是在器官移植方面的抗排异作用,雷帕霉素正获得越来越多的关注。然而,野生型吸水链霉菌的雷帕霉素生产能力是非常低的,限制了其产业化和工业化。本文拟通过构建吸水链霉菌基因组尺度代谢网络模型,在模型模拟预测指导下采用基因工程手段改造菌种,以提高雷帕霉素的生产能力。1、首先,收集KEGG代谢路径数据库中吸水链霉菌ATCC 29253注释基因组和生化信息,建立初始基因-蛋白-反应列表。添加Rapamycin生物合成的特征反应和菌体合成反应,经过手动优化后获得了吸水链霉菌基因组尺度代谢网络模型,模型包括1003个反应,711个代谢物。然后,测定了菌株生长曲线、残糖曲线和雷帕霉素合成曲线,确定了菌株的比葡萄糖吸收速率和比雷帕霉素合成速率。以测定的参数作为模型的约束条件,以生物量为目标函数,通过通量平衡分析算法（FBA）模拟出最大比生长速率为0.0535 h^-1,与实验测定的最大比生长速率0.0512 h^-1相比,误差在5%的范围内,验证模型具有较高的可信度。2、其次,利用FBA模拟计算获得胞内通量分布,在获得胞内通量分布的基础上利用最小代谢调整（MOMA）算法预测了潜在提高雷帕霉素产量的靶基因。对预测的靶点进行排序分析,筛选出了pfk（编码6-磷酸果糖激酶）敲除靶基因、初级代谢过表达靶基因dahP（编码DAHP合酶）和次级代谢过表达靶基因rapK（编码分支酸酶）。3、最后,在模型预测结果的指导下,分别在原始菌株ATCC 29253中敲除pfk基因,过表达dahP和rapK基因。与原始菌株相比敲除pfk基因雷帕霉素产量增加了30.8%,单过表达rapk,dahP基因雷帕霉素的产量分别增加了36.2%和44.8%。为进一步促进雷帕霉素的合成,在pfk基因敲除菌株中共表达基因rapK和dahP构建了重组菌株。重组菌株在28 ^oC,220 rpm的培养条件下发酵120 h后雷帕霉素的产量达到250.8mg/l,相比相同培养条件下原始菌株的发酵产量增加了142.3%。模型预测和实验结果表明这种方法在识别靶基因和改善雷帕霉素生产的有效性和合理性。这种策略也可用于改善其它次级代谢产物。