德氏乳桿菌基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建與模擬計(jì)算.pdf

1、，摘要基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建技術(shù)的產(chǎn)生是后基因組時(shí)代各種組學(xué)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互結(jié)合的必然結(jié)果，是目前成熟、有效的從系統(tǒng)角度將生物體內(nèi)的代謝網(wǎng)絡(luò)用數(shù)學(xué)方式表達(dá)并進(jìn)行模擬計(jì)算的方法，搭建了生物整體生長表型與生物體內(nèi)各種組分之間的橋梁。目前，有近40種的物種基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)構(gòu)建完成，并且一些工程菌株的模型已經(jīng)廣泛用于指導(dǎo)代謝工程、藥物靶點(diǎn)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。德氏乳桿菌(Lactobacillusdelbrueckii)是

2、工業(yè)上常用的乳酸生產(chǎn)菌，在醫(yī)藥領(lǐng)域、食品行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。目前菌種的改良多依靠于基因工程和代謝工程技術(shù)，這些技術(shù)大多都是從局部操作靶點(diǎn)進(jìn)行改造?；蚪M尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型提供了一種科學(xué)的系統(tǒng)分析方法，不僅可以深入了解德氏乳桿菌胞內(nèi)的所有代謝途徑，并能根據(jù)模型的模擬預(yù)測找到提高乳酸產(chǎn)率或降低成本的菌體改造方法，以此來指導(dǎo)代謝工程實(shí)驗(yàn)。本論文結(jié)合生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫、文獻(xiàn)、生化書籍等信息渠道，以VBA語言為工具自動(dòng)生成GPR關(guān)系后，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人工

3、修正，得到初步的網(wǎng)絡(luò)模型。之后在MATLAB平臺(tái)上利用COBRA工具包，用線性規(guī)劃軟件glpk，采用FBA算法對網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化和計(jì)算，根據(jù)結(jié)果調(diào)試修正模型。最終得到能夠比較準(zhǔn)確地模擬出已知德氏乳桿菌生長表型的網(wǎng)絡(luò)模型。本論文在這個(gè)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了最大生長速率模擬、乳酸生產(chǎn)速率模擬、魯棒性分析、表型相平面分析、單／雙基因敲除實(shí)驗(yàn)等。由結(jié)果得出乳酸產(chǎn)率約184mol乳酸／mol乳糖：微量氧氣對德氏乳桿菌的表型總體影響不大，能小幅度刺激