目的 當(dāng)前存在許多基于約束的優(yōu)化建模方法利用全基因組的代謝網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測生物代謝流量分布,而幾乎所有的這些建模方法都需要代謝物的攝取和分泌速率以及生物先驗知識的信息,比如假設(shè)生物量或者ATP產(chǎn)量最大。但是由于多細(xì)胞生物代謝物的攝取和分泌速率的測量很困難,并且多細(xì)胞高等生物的不同組織通常有不同的代謝目標(biāo),所以很難確定一個合理的代謝目標(biāo)來建模研究高等生物的代謝。本文利用基因表達(dá)的差異信息和代謝網(wǎng)絡(luò),能夠預(yù)測單細(xì)胞或多細(xì)胞生物代謝流量的變化,不需要生物的先驗知識和代謝物分泌或攝取速率的信息。方法 模型假設(shè)在兩點狀態(tài)下,如果編碼酶的基因表達(dá)量存在顯著變化,則酶催化的反應(yīng)的代謝流量也應(yīng)該存在顯著變化。利用微陣列基因組學(xué)數(shù)據(jù)和生物全基因組的代謝網(wǎng)絡(luò),通過使生物代謝流量的變化與基因表達(dá)的變化盡可能一致來建立優(yōu)化模型,預(yù)測生物顯著差異的代謝流量分布。結(jié)果 模型利用在有氧恒化器中以不同稀釋速率生長的大腸桿菌的基因表達(dá)數(shù)據(jù),預(yù)測的代謝流量與實驗中實際測量的代謝流量一致。結(jié)論 本文提出的基于約束的建模方法可以簡單準(zhǔn)確地定性預(yù)測低等生物的代謝流量變化,為研究高等生物的代謝變化提供了有效途徑。
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