大肠杆菌基因缺失菌株中碳中心代谢系统的通量平衡分析和通量变异分析

大肠杆菌(E. coli)因其遗传信息简单且容易培养而被广泛用作各种生物化学、生物技术研究等的模式微生物。本文首先通过COBRA工具包构建了大肠杆菌碳中心代谢系统的小规模网络,然后分别模拟敲除了其中的25种酶,并利用代谢通量平衡分析和代谢通量变异分析研究了基因敲除后的代谢网络。通过这些结果的综合分析,我们可以推断大肠杆菌碳中心代谢系统的不同的酶对整个体系的作用。

动态通量平衡分析模拟酿酒酵母乙醇发酵工艺

生物乙醇是一种高效、清洁、安全的能源。酿酒酵母(S.cerevisiae)由于其生理特性而在生物乙醇发酵中广泛应用。利用动态通量平衡分析(DFBA)预测模拟了利用葡萄糖发酵产乙醇工艺中的关键参数,生物量、残糖浓度和乙醇生成。预测值与发酵实测值能够较好吻合。该方法为发酵工艺优化提供了计算机模拟优化的方法,也为利用其他底物,如纤维素、木糖等生物质发酵乙醇的理论模拟提供基础。

大尺度代谢网络通量平衡分析的进展与应用

利用大尺度代谢网络分析生物体内部复杂的生化机制已经研究了很多年,大尺度代谢网络的算法也有很多,在这其中通量平衡分析是一个有效的定量研究基因组尺度代谢网络的方法,并在很多分析中都有应用。总结了通量平衡分析算法的最新进展,包括基本的通量平衡分析以及扩展的通量平衡分析算法,然后介绍了一些应用通量平衡分析算法模拟大型生物网络的单机的和在线的工具,最后还比较了这些工具的优缺点,并讨论了目前代谢网络分析算法与软件存在的难题和未来的研究方向。

通量平衡分析的进展与应用

代谢网络是系统生物学的一个热门话题,代谢网络包含生物体内编码酶的基因以及所有已知的代谢反应。通量平衡分析是分析代谢网络中代谢物通量的数学方法,通过计算代谢网络中代谢物的通量,可以预测生物体的生长速度或某个特定代谢物的生成速率。文章综述了通量平衡分析算法的原理、建模步骤,分枝菌酸通路的通量平衡分析实例,常用的通量平衡分析软件,并从安装要求、可用性、功能、模型交换、网络可视化5个方面比较了应用通量平衡分析算法工具的特性,以指导用户选择合适的软件工具。

大肠杆菌酶基因缺失菌株碳中心代谢系统的代谢通量分析

大肠杆菌(E.coli)因其遗传信息简单且容易培养而被广泛用作各种生物化学、生物技术研究的模式微生物.为了认识重要模式生物大肠杆菌的代谢系统中各种酶的作用,以软件分析的模式,对已经构建好的小型大肠杆菌代谢系统在cobra中进行代谢通量平衡分析FBA(Flux-Balance Analysis)和代谢通量变化性分析FVA(Flux Variability Analysis),分别单独敲除代谢系统中的25个酶基因,分析敲除各个酶基因后的FBA和FVA的计算结果,通过作图显示出在大肠杆菌代谢系统中不同酶基因被敲除后每个反应的两项结果变化和不同酶基因被敲除后全部反应的两项结果的变化,以此来推测大肠杆菌代谢系统中各种酶所起的作用.

克雷伯氏杆菌代谢灵活性分析

微生物对外界环境的变化具有灵活的适应性,通过代谢网络的通量可变性分析可以对代谢灵活性进行量化,得到影响菌体代谢灵活性的因素。使用代谢流分析软件COBRA Toolbox,对克雷伯氏杆菌基因组尺度代谢网络进行通量平衡分析与通量可变性分析,分别得到内部反应的可变性、交换反应的可变性和生长速率的可变性等3个因素对菌体代谢灵活性的影响程度,其中生长速率的可变性是影响代谢灵活性的主要因素,调控菌体至次优模式下生长可使其具有更大的代谢灵活性。通过进一步研究生长速率对通量可变性的影响,找到提高代谢灵活性的两个必要条件,从而增强菌体应对外界环境改变的能力。

计算甘油代谢目标函数的一种新算法

通量平衡分析是代谢工程研究中能够定量预测细胞内通量分布情况的有效工具,然而其预测准确性的前提是需要设计合理的代谢目标函数。研究了克雷伯氏杆菌歧化甘油生产1,3-丙二醇的代谢目标函数计算问题。该问题的数学形式是一个双层规划模型,首先应用线性规划的对偶理论将其转化为等价的单层非线性优化问题,然后采用非线性优化算法对其进行求解。与已有的研究结果相比,所提方法获得了克雷伯氏杆菌歧化甘油代谢的全局最优通量分布情况。