[发明专利]一种生物代谢路径调控方法及装置

说明书

本申请提供了一种生物代谢路径调控方法及装置。该方法包括：求解代谢网络模型的野生型通量范围和过表达型通量范围；根据过表达型通量范围确定反应发生的方向；根据野生型通量范围和过表达型通量范围确定需要执行的操作及对应的通量；针对需要执行的操作，使用原子映射工具重构反应方程式，得到该操作对应的反应中主要的底物和产物，并根据反应发生的方向构建代谢网络连通图；对所述代谢网络连通图添加所述对应的通量作为权值；添加虚拟起始节点作为所有入度为0的节点的起点，添加虚拟终止节点作为所有出度为0的节点的终点，并求解关键位点；针对关键位点选取优先调控的反应。

技术领域

本申请涉及生物代谢领域，尤其涉及一种生物代谢路径调控方法及装置。

背景技术

基于质量守恒和电荷守恒原则的通量平衡分析已经被证明可以指导代谢改造策略以提高目标产物产量，但是通量平衡分析算法给出的是唯一一组解，实验中很难做到所有反应通量都能与计算吻合，而通量差异性分析算法可以给出最优生产产物条件下每个反应通量的范围，更便于实验人员去分析调整，但通过通量差异性分析往往会给出大量需要改造的反应，很难去一一验证其可行性。为了便于应用通量差异性分析算法，研究人员提供了一些算法，例如optknock算法、optforce算法等，可以提供改造建议供实验人员你选择，但是这些算法大多还是基于数学上的优化方程求解。如果能构建代谢图，根据代谢图的上下游逻辑关系，建议优先调控上游反应，可能会影响下游反应。优先调控的反应，往往需要考虑野生型条件下该反应的通量大小，同一条代谢路径上的反应通常优先调节过表达型和野生型反应通量差异较大的反应，可能调控效果更加明显。因此，需要提供更切实可行代谢路径调控方法。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种生物代谢路径调控方法及装置。

根据本申请的一个方面，提供了一种生物代谢路径调控方法，该方法包括：

求解代谢网络模型的野生型通量范围和过表达型通量范围；

根据过表达型通量范围确定反应发生的方向；

根据野生型通量范围和过表达型通量范围确定需要执行的操作及对应的通量；

针对需要执行的操作，使用原子映射工具重构反应方程式，得到该操作对应的反应中主要的底物和产物，并根据反应发生的方向构建代谢网络连通图；

对所述代谢网络连通图添加所述对应的通量作为权值；

添加虚拟起始节点作为所有入度为0的节点的起点，添加虚拟终止节点作为所有出度为0的节点的终点，并求解关键位点；

针对关键位点选取优先调控的反应。

优选地，该方法还包括：在所述代谢网络模型添加必要的外源反应，以使得所述代谢网络模型能够从底物到达产物。

优选地，该方法还包括：在选取优先调控的反应之后，绘制代谢流图。

优选地，野生型通量绝对值最小值大于过表达型通量绝对值最大值，需要执行的操作为下调，对应的通量为野生型通量绝对值最小值与过表达型通量绝对值最大值之差；野生型通量绝对值最大值小于过表达型通量绝对值最小值，需要执行的操作为上调，对应的通量为表达型通量绝对值最小值与野生型通量绝对值最大值之差；过表达型通量为0，需要执行的操作为敲除，对应的通量为野生型通量最大值的绝对值和最小值的绝对值中较小者。

优选地，代谢网络连通图去除了反应方程式中的辅因子以及去除小分子物质。

优选地，构建代谢网络连通图包括：基于重构的反应方程式，并结合反应发生的方向构建代谢网络连通图。

优选地，求解关键位点包括利用最大流最小割算法求解代谢网络连通图中的关键位点。