Klebsiella pneumoniae基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型的重構(gòu)與模擬.pdf

1、生物系統(tǒng)的多層次多尺度在時間和空間上都有著自身的復(fù)雜體系，用可計算的數(shù)學(xué)模型來準確地模擬復(fù)雜生物系統(tǒng)是系統(tǒng)生物學(xué)一個主要的挑戰(zhàn)和困難。隨著基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型在過去十年的發(fā)展，已經(jīng)有原核生物，真核生物，古生物等多個分類的135個基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型，這些模型可以對生物進行網(wǎng)絡(luò)分析、代謝工程、進化等多方面的研究。
　　肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）是一種革蘭氏陰性、兼性厭氧細菌，屬于腸桿菌科，在醫(yī)學(xué)

2、上是一種病原菌，能引起多種疾病。在生物工程中，肺炎克雷伯氏菌能夠以甘油為唯一碳源發(fā)酵生產(chǎn)一種重要的化工原料1，3-丙二醇，為了提高其產(chǎn)率人們對肺炎克雷伯氏菌的甘油代謝途徑已經(jīng)做了大量的研究。為了更好的對菌種進行改造，從基因組尺度上來研究肺炎克雷伯氏菌的代謝網(wǎng)絡(luò)是一種必然的趨勢。
　　因此，本文首先以KEGG PATHWAY代謝通路數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，分別構(gòu)建了K.pneumoniae342的兩種基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型:以代謝物為節(jié)點的代

3、謝物網(wǎng)絡(luò)和以酶為節(jié)點的代謝酶網(wǎng)絡(luò)，并且保證了模型數(shù)據(jù)的無冗余性。最終得到一個包含1115個節(jié)點，1408條邊的代謝物網(wǎng)絡(luò)，以及一個含有694個節(jié)點2083條邊的代謝酶網(wǎng)絡(luò)。通過網(wǎng)絡(luò)的拓撲分析和比較，發(fā)現(xiàn)代謝物網(wǎng)絡(luò)和代謝酶網(wǎng)絡(luò)的度分布有相同的特點，連接度低的節(jié)點占網(wǎng)絡(luò)的大部分，而高連接度的節(jié)點較少，符合無標度網(wǎng)絡(luò)的特征;他們的平均路徑長度分別為8.7和7.0，均屬于小世界網(wǎng)絡(luò)，并且發(fā)現(xiàn)反映代謝酶與酶之間的關(guān)聯(lián)程度的代謝酶網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上更

4、加緊密。
　　然后使用相同的方法，構(gòu)建了其同源菌種K.pneumoniae MGH78578以及模式生物大腸桿菌Escherichia coli K-12 MG1655的代謝網(wǎng)絡(luò)，通過三個菌種代謝網(wǎng)絡(luò)的比較，從整體的代謝網(wǎng)絡(luò)以及1，3-丙二醇相關(guān)的局部代謝通路兩個角度，對網(wǎng)絡(luò)進行了拓撲和模塊化分析，發(fā)現(xiàn)一些關(guān)鍵酶在代謝中有一定的保守性。
　　最后，將初步構(gòu)建的K.pneumoniae342基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為SBML模型