基因组尺度代谢网络通量平衡分析工具包的构建

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代谢网络是研究生物代谢特性的一个强大的工具,基因组尺度代谢网络模型的构建及其模拟在提供系统代谢工程策略方面发挥着越来越重要的作用。目前已经有许多方法用于研究代谢网络,而通量平衡分析是最常用的量化研究生物信息学中基因组规模代谢网络的方法,它利用数学上的最优化理论解决生物问题,求解最优目标函数值以及通量分布,通常情况下是某个反应的最大反应速率以及在此条件下其余反应的速率。  目前已经发表了一些应用通量平衡分析的工具,我们对这些工具进行了分析比较,发现这些工具在应用方面仍然存在一些缺陷,并取长补短构建了一个新的、开放的、用户友好的代谢网络通量平衡分析工具包。这个工具包包含基本的表型预测功能如预测菌体的生长速度、鲁棒性分析、表型相平面分析等,还可以自动化查找代谢网络模型中的末端代谢物以及不能合成的前体代谢物。另外,我们还提出了一种新的基于通量平衡分析的查找和填补网络缺口的方法,并将其应用在本工具包中,能够从一个代谢反应列表中找出一个或若干个反应填补模型中的缺口。然后利用这个工具包分析了大肠核心代谢模型,通过比较本工具包的模拟结果与软件COBRA的计算结果得出本工具包程序本身无错误,可以用于后续的模拟分析。本工具包是用Python语言编写,由于Python语言自身有易插入的优点,因此本工具包可以扩展更多的功能用于以后模型的自动构建和修正。
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