基元通量模式分析.doc

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1、基元通量模式分析基元通量模式（ElementaryFluxMode）指在代謝網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定而且不可被分解的反應(yīng)通量分布狀態(tài)，其可以根據(jù)胞內(nèi)個(gè)代謝反應(yīng)物估計(jì)目的產(chǎn)物的理論上的最大產(chǎn)量，得到胞內(nèi)各代謝途徑的相對(duì)通量，并為基因改造提供目標(biāo)位點(diǎn)[1]?；磕Ｊ揭杂?jì)量學(xué)為基礎(chǔ)，通過枚舉輸入物到達(dá)目的產(chǎn)物過程中路徑來表示代謝過程。代謝網(wǎng)絡(luò)模型中包含了跟目的產(chǎn)物的代謝有關(guān)的物質(zhì)的代謝反應(yīng)途徑，通過Matlab程序FluxDesign[1]或FluxAnalyser[2]等計(jì)算出各種可能的基元模式?；Ｊ骄褪菍?duì)包含所有相關(guān)代謝

2、物質(zhì)的通量分布進(jìn)行的表述。各模式間的區(qū)別就在于不同代謝物參與的反應(yīng)通量不同。基元模式以矩陣的形式表達(dá)，矩陣各元素代表的是該物質(zhì)通量分布。然后在通過FluxAnalyser或FluxDesign篩選與目的產(chǎn)物相關(guān)的模式，即去除掉目的產(chǎn)物通量為0的基元模式。其流程圖大體如下[3]：上圖中A是通過枚舉報(bào)內(nèi)外代謝物，及其之間的相互反應(yīng)，得到各代謝物參與各反應(yīng)方向的矩陣；B代謝通量分析，通過預(yù)設(shè)算法確定可能的各步反應(yīng)通量的分布，即部分基元模式；C通量平衡分析，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)要求中一般都會(huì)將一種特定基質(zhì)作為計(jì)算的通用C源，在B

3、得到的基元模式中選擇用到上述特定基質(zhì)，并有目的產(chǎn)物最大通量分布的模式；D代謝途徑分析，對(duì)于選出的基元模式進(jìn)行后面的計(jì)算。對(duì)于上圖D中列出的基元模式，通過FluxDesign等軟件包計(jì)算該模式目標(biāo)步驟反應(yīng)（即生成目的產(chǎn)物的一步反應(yīng)）與其他各反應(yīng)的通量相關(guān)性系數(shù)，從而得到調(diào)控各步反應(yīng)的關(guān)鍵酶對(duì)生成目的產(chǎn)物的相關(guān)性排序。這對(duì)菌種代謝途徑在基因水平上的調(diào)控提供了依據(jù)——對(duì)相關(guān)系數(shù)高的酶的調(diào)控基因可以進(jìn)行過量表達(dá)；對(duì)相關(guān)性系數(shù)低的酶的調(diào)控基因可以進(jìn)行敲除，來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基元模式的代謝反應(yīng)通量分布。從而實(shí)現(xiàn)通過基元通量模式分析對(duì)

4、菌體產(chǎn)物形成進(jìn)行預(yù)測(cè)和代謝途徑的調(diào)控[1],[4]。參考文獻(xiàn)：[1]Melzer,G.,Esfandabadi,M.E.,Franco-Lara,E.,&Wittmann,C.FluxDesign:Insilicodesignofcellfactoriesbasedoncorrelationofpathwayfluxestodesiredproperties[J].BmcSystemsBiology,3.doi:10.1186/1752-0509-3-120.[2]KlamtS,StellingJ,GinkelM

5、,GillesED.FluxAnalyzer:Exploringstructure,pathways,andfluxdistributionsinmetabolicnetworksoninteractivefluxmaps[J].Bioinformatics,2003,19(2):261-269.[3]CongT.Trinh&AaronWlaschin&FriedrichSrienc.Elementarymodeanalysis:ausefulmetabolicpathwayanalysistoolforchar

6、acterizingcellularmetabolism[J].ApplMicrobiolBiotechnol(2009)81:813–826[4]蔣達(dá),王永華,李燕等.基元通量模式預(yù)測(cè)酵母生長現(xiàn)象[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào),2006,27(9):1683-1685