計(jì)算機(jī)輔助對大腸桿菌進(jìn)行代謝工程改良的系統(tǒng)研究.pdf

1、后基因組時(shí)代涌現(xiàn)的組學(xué)數(shù)據(jù)使以前在生物學(xué)領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位的還原論研究思想讓位于系統(tǒng)生物學(xué)。如何利用組學(xué)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的研究方法進(jìn)行菌種改良是當(dāng)前代謝工程研究的主要課題。 本文以大腸桿菌的整體代謝網(wǎng)絡(luò)和中心代謝網(wǎng)絡(luò)為對象，以其代謝反應(yīng)，基因-蛋白-反應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)為計(jì)算依據(jù)，利用通量平衡分析的方法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助菌種改良的研究。 本文以提高大腸桿菌在厭氧生長條件下琥珀酸對葡萄糖的得率為目標(biāo)，系統(tǒng)地研究了對于提高得率有關(guān)鍵作用的代謝

2、途徑和基因。除了使用常規(guī)方法模擬代謝通量受到抑制或基因敲除之后突變菌株的代謝表型，本文還首次使用了增大野生菌代謝通量的方法來模擬表達(dá)相應(yīng)的外源基因之后工程菌的代謝表型。在從代謝途徑角度進(jìn)行的模擬中發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵途徑(ADHEr，PFL，PPC等)對于提高琥珀酸得率的作用已經(jīng)被文獻(xiàn)證實(shí)。在從基因角度進(jìn)行的模擬中，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)增表達(dá)延胡索酸還原酶的基因frdABCD能夠提高琥珀酸的得率，并且該結(jié)果也被已有的文獻(xiàn)證實(shí)。本文提供的菌種改良的研究方法比傳統(tǒng)

3、的“試差法”更有效，系統(tǒng)，而且該方法尤其適用于基因組數(shù)據(jù)或者代謝網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)清楚的菌株。 本文還研究了如何從基元模式的角度理解大規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)通量分布的問題。首先，以擬合通量向量與原始通量向量之間的相對誤差為指標(biāo)，考察了利用基元模式的子集來重構(gòu)代謝網(wǎng)絡(luò)通量分布的可行性。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)對于研究的通量分布，存在一組基元模式集合，屬于該集合的基元在重構(gòu)通量向量時(shí)比其他的基元模式具有更高的頻率獲得一個(gè)非零的權(quán)重，并且屬于這一集合的基元模式能