[發明專利]預測影響特定代謝產物產量關鍵反應的通量域比較方法

有效

• 申請號: 201310361363.3
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103440435A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 孫金生;郝彤
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: G06F19/18
• 分類號: G06F19/18
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 朱紅星

1.一種預測影響特定代謝產物產量關鍵反應的通量域比較方法，其特征在于該方法由兩次計算，一次比較、一次排序組成，按如下的步驟進行：

（1）計算野生型目標物種自然生長狀態的通量域：

首先采用通量平衡分析的方法，利用已知的基因組尺度代謝網絡模型，計算生物量合成速率的最大值，計算時參數設置方法如下：根據已知的目標物種的培養條件及表型，將模型中培養基組成、溶氧、目標產物產量、其他副產物產量按照實驗條件進行相同的設置；目標函數設定為生物量合成反應，計算得到生物量合成速率最優值f；

之后，采用通量可變性分析的方法，得到野生型物種的代謝網絡通量域分布，計算時參數設置方法如下：將生物量合成反應的速率設定為上一步驟中得到的最大值f，其它條件與上一步驟相同，計算得到兩個向量V_{w_min}和V_{w_max}，其中V_{w_min}表示代謝網絡中各反應通量值的最小值（即通量下限）組成的向量，V_{w_max}表示代謝網絡中各反應通量值的最大值（即通量上限）組成的向量；計算所得的通量下限與通量上限組成的區域即為野生型物種的代謝通量域分布；

（2）模擬優化型物種的生長狀態：

第一，采用通量平衡分析的方法，利用已知的基因組尺度代謝網絡模型，計算生物量合成速率的最大值，計算時參數設置方法如下：根據已知的目標物種的培養條件及表型，將模型中培養基組成、溶氧按照實驗條件進行相同的設置，而對目標產物產量和其他副產物的產量不作限制，生物量合成反應的通量設置為步驟（1）中生物量合成反應的最優值f，目標函數設定為特定代謝產物的產量，進行第二次模擬，計算得到特定產物產量的最大值p；

第二，采用通量可變性分析的方法，得到優化型物種的代謝網絡通量域分布，計算時參數設置方法如下：將特定代謝產物的產量設定為上一步驟中得到的最大值p，其它條件與上一步驟相同，計算得到兩個向量V_{e_min}和V_{e_max}，其中V_{e_min}表示代謝網絡中各反應通量值的最小值（即通量下限）組成的向量，V_{e_max}表示代謝網絡中各反應通量值的最大值（即通量上限）組成的向量；計算所得的通量下限與通量上限組成的區域即為優化型物種的代謝通量域分布；

（3）一次比較：將兩次計算的通量域進行比較，確定優化型與野生型之間反應通量域的不同，從而確定將實驗型改造成優化型所需進行的代謝工程改造，進而制定相應的濕實驗策略，比較及預測方法如下：

對于代謝網絡中的每一個反應，

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其中，v_{w_max}表示野生型物種模擬得到的通量上限，v_{w_min}表示野生型物種模擬得到的通量下限，v_{e_max}表示優化型物種模擬得到的通量上限，v_{e_min}表示優化型物種模擬得到的通量下限；

上述預測結果有一個特殊情況，當(v_{e_max}-v_{w_max})/v_{w_max}與(v_{e_max}-v_{w_max})/v_{w_max}計算得到的結果符號相反時，預測結果為未知，即無法得到準確的預測結果；

（4）一次排序：對于每一個預測得到的反應，將其代謝通量分別設置為野生型通量的上限或下限，這樣有兩種設置方式，以v_l表示反應通量的下限，v_u表示反應通量的上限，則這兩種設置方式可以表示為：

v_l=v_u=v_{w_min???}和??v_l=v_u=?v_{w_max}

其他參數的設置與步驟（2）相同，每次設定后都以特定產物的產量為目標函數進行計算，計算方法為通量平衡分析，兩種條件的設定各得到一個計算結果，取兩個計算結果的最大值，記為q，計算該反應通量改變后特定產物產量的改變量C，即

將所有預測反應的C值按照從大到小的順序進行排列，即為預測反應對特定產物產量影響大小的排序，根據該排序對代謝工程基因操作的實驗策略進行指導。

2.權利要求書1所述方法在制備枯草芽孢桿菌在最小培養基上進行核黃素生產中的應用。