蘇云金芽胞桿菌代謝網絡的重建與分析.pdf

1、蘇云金芽胞桿菌是目前世界上研究最多應用最廣的殺蟲微生物，但當前的研究主要集中在以還原論為指導思想的傳統(tǒng)實驗方法上。為了從系統(tǒng)水平上來描述、解釋和預測蘇云金芽胞桿菌細胞的功能和行為，加深對其細胞組織原則的理解，并最終用于指導菌種優(yōu)選、發(fā)酵過程優(yōu)化等，本文由基因組數據重建了蘇云金芽胞桿菌的代謝網絡，并從系統(tǒng)生物學的觀點出發(fā)，分析了此代謝網絡的整體拓撲結構、網絡的模塊化以及相關的代謝途徑。 代謝網絡的重建是對其進行結構和功能分析的前提

2、，本文首先從KEGG等相關數據庫中獲取蘇云金芽胞桿菌的基因組與所有代謝途徑信息，然后參照Ma和Zeng在KEGG代謝反應數據庫基礎上進行修正補充后得到的數據庫并查閱相關文獻對所得的網絡進行必要的修正。最后，用節(jié)點表示代謝物，連線表示代謝物之間的反應，箭頭表示反應的方向，即用代謝物圖來表示所得的代謝網絡。 隨后，本文根據復雜網絡的蝴蝶結結構對蘇云金芽胞桿菌代謝網絡進行簡化處理，通過對蝴蝶結的巨強連通體部分的研究，發(fā)現(xiàn)該部分包含了重

3、要的生物學功能模塊，其關鍵節(jié)點具備重要的生物學意義。并且從以下幾個方面研究了該巨強連通體部分:1)平均路徑長度，即任意兩個結點能通過幾條邊的路徑建立連接;2)結合度分布，也就是一個結點有k條邊的概率P(k);3)魯棒性，主要是研究網絡的容錯與抗攻擊能力。結果表明該巨強連通體部分具備典型的“小世界”和“無標度”特征。此外，由于細胞網絡是高度模塊化的且具有與社會網絡類似的模塊化結構，為了進一步分析復雜代謝網絡中蘊含的功能信息，使用模擬退火算