計算機輔助對大腸桿菌進行代謝工程改良的系統(tǒng)研究.pdf

1、后基因組時代涌現(xiàn)的組學數據使以前在生物學領域占有主導地位的還原論研究思想讓位于系統(tǒng)生物學。如何利用組學數據和系統(tǒng)的研究方法進行菌種改良是當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絡和中心代謝網絡為對象，以其代謝反應，基因-蛋白-反應關系數據為計算依據，利用通量平衡分析的方法進行了計算機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，系統(tǒng)地研究了對于提高得率有關鍵作用的代謝

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相應的外源基因之后工程菌的代謝表型。在從代謝途徑角度進行的模擬中發(fā)現(xiàn)的關鍵途徑(ADHEr，PFL，PPC等)對于提高琥珀酸得率的作用已經被文獻證實。在從基因角度進行的模擬中，發(fā)現(xiàn)擴增表達延胡索酸還原酶的基因frdABCD能夠提高琥珀酸的得率，并且該結果也被已有的文獻證實。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據或者代謝網絡已經清楚的菌株。 本文還研究了如何從基元模式的角度理解大規(guī)模代謝網絡通量分布的問題。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，考察了利用基元模式的子集來重構代謝網絡通量分布的可行性。進一步的分析發(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通量向量時比其他的基元模式具有更高的頻率獲得一個非零的權重，并且屬于這一集合的基元模式能