1、 枯草芽孢桿菌基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 枯草芽孢桿菌基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) Genome-scale metabolic network reconstruction of Bacillus subtilis 168 一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù) 學(xué)科專業(yè)：生物化工 研 究 生：韓 斌 斌 指導(dǎo)教師：趙學(xué)明 馬紅武 天津大學(xué)化工學(xué)院 二零一一年十二月 摘 要 網(wǎng)絡(luò)模型重構(gòu)是系統(tǒng)生物學(xué)的核心研究內(nèi)容； 是聯(lián)系眾多組學(xué)數(shù)據(jù)、 各種高通量信息與生物

2、生產(chǎn)過程改造、醫(yī)藥學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)、新型資源開發(fā)的樞紐；是大幅度提升代謝工程、 基因工程、 酶動力學(xué)等研究手段效率和成功率的有利工具。 基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型是所有網(wǎng)絡(luò)模型中涉及物種最廣， 研究最深入的一種； 目前已有 61 種生物的 87 個基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型重構(gòu)完成； 它們在代謝工程、 藥物靶點(diǎn)研究、 生物表型預(yù)測及網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)分析等領(lǐng)域已有廣泛使用。 同時，枯草芽孢桿菌作為工業(yè)微生物中的一種模式菌，用途廣泛，且具有代表性。因此本文

3、對枯草芽孢桿菌基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行重構(gòu)是具有較廣的應(yīng)用價值和前景的。 本文主要采用從基因組注釋信息出發(fā)， 以各種文獻(xiàn)、 實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的人工重構(gòu)方法； 模擬時使用安裝于MATLAB上的COBRA Toolbox工具箱為計算平臺，glpk 線性優(yōu)化計算包為求解工具，應(yīng)用 FBA 原理對模型進(jìn)行不斷計算和修正。隨后，本文使用完成重構(gòu)的模型對其他表型和性狀進(jìn)行預(yù)測分析。 本文重構(gòu)的枯草芽孢桿菌基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型共包含 1141 個基

4、因，1720 個反應(yīng)（其中有 244 個通量交換反應(yīng)）和 1441 種胞內(nèi)、胞外代謝物（其中胞內(nèi)代謝物 1197 個，胞外代謝物 224 個） ，較之前重構(gòu)的兩個模型規(guī)模都大。模型可利用單一碳源和混合碳源， 并可正確計算一定碳源吸收速率下的菌體生長速率和核黃素合成速率。在 LB 培養(yǎng)基上對模型進(jìn)行單基因敲除，必需基因模擬預(yù)測準(zhǔn)確率為 86.1%（192/223） ，非必需基因模擬預(yù)測準(zhǔn)確率為 97.4%（894/918） ，總體單基因敲