基因组尺度代谢网络研究进展

基因组尺度代谢网络从基因组序列出发,结合基因、蛋白质、代谢数据库和实验数据,从系统的角度定量研究生命体的代谢过程,了解各个组分之间的相互作用关系。这类网络模型对于生命活动理论研究和优良工程菌的构建都具有重要的理论和实践意义。以下结合作者的实际研究经验,对基因组尺度代谢网络从重构到模拟直至应用进行了较为详细的介绍,并讨论了一些目前存在的难题和未来的研究方向。     

微生物基因组尺度代谢网络模型构建方法的比较分析

随着后基因时代的到来,微生物的定向菌种改造在生产中发挥着越来越重要的作用.基因组尺度代谢网络模型是微生物定向改造中一种不可缺少的指导性工具,可降低菌种改造的盲目性,增加目的性和成功率.随着研究的深入,基因组尺度代谢网络模型的构建方法也越来越多.究竟选择什么样的方法才能构建出全面准确的基因组尺度代谢网络模型,对于初学者来说是一个大难题.论文结合本课题组的研究,将近年文献报导中出现过的模型构建方法进行了分类和分析,并评述了各种方法的优、缺点,以期为初学者提供参考.具体介绍的方法有:基于基因组注释构建代谢网络模型,基于蛋白组构建代谢网络模型,基于文献挖掘构建代谢网络模型,通过软件和网络平台构建代谢网络模型,基于京都基因与基因组百科全书(KEGG)构建代谢网络模型.五种构建代谢网络模型方法都有其优点,但也有不可避免的缺点,要构建较为准确全面的基因组尺度代谢网络模型,需要将各种方法结合,弥补彼此的不足.图4表0参48     

基因组规模代谢网络模型构建及其应用

微生物制造产业的发展迫切需要进一步提高认识、设计和改造微生物细胞代谢的能力,以推动工业生物技术快速发展。随着微生物全基因组序列等高通量数据的不断积聚和生物信息学策略的持续涌现,使全局性、系统化地解析、设计、调控微生物生理代谢功能成为可能。而基于基因组序列注释和详细生化信息整合的基因组规模代谢网络模型(GSMM)构建为全局理解和理性调控微生物生理代谢功能提供了最佳平台。以下在详述GSMM的应用基础上,描述了如何构建一个高精确度的GSMM,并展望了未来的发展方向。     

基因组尺度集成细胞网络模型研究进展

细胞网络研究是系统生物学的一个研究热点,通过结合计算机模型和实验技术,从系统角度分析复杂的生物系统,可以为生物实验提供指导和预测。近十年来,国内外许多研究团队致力于基因组规模代谢网络、基因调控网络和信号转导网络模型的构建和分析,并取得了一定成果。而不同类型网络的集成和分析是当前生物网络研究中一个新的方向,并带来了诸多新的挑战。在本文中,主要对基因组尺度集成细胞网络模型的研究进展,特别是对代谢网络和转录网络的集成进行了详细论述,着重于集成网络的构建和分析方法,最后对该领域研究前景进行了展望。     

基因组尺度代谢网络自动重构及分析工具研究进展

高通量数据的产出为基因组尺度代谢网络的构建提供了基础,但同时也对网络构建和分析方法的改进提出了挑战。随着数据量的不断增大,耗时耗力的人工构建及分析已经无法满足模型发展的需要,因而各种自动化的方法应运而生。模型构建和分析的自动化不仅能够大幅度提高模型构建和解析的速度,同时对于模型构建和分析方法的标准化和程序化也有着不可替代的作用。文中结合作者的实际研究经验,对基因组尺度代谢网络构建的自动化进程和主要的代谢网络分析工具进行了较为详细的介绍,总结了代谢网络自动重构的流程,并提出了目前面对的主要问题和未来的研究方向。     

基因组规模代谢网络模型的约束算法及其应用

工业微生物是微生物制造的核心,而微生物制造过程中微生物的生产性能是提高微生物制造过程效率的关键。结合基于约束条件的优化算法的基因组规模代谢网络模型是全局规模上认识、调控和优化工业微生物生理功能的重要平台。本文在简述基因组规模代谢网络模型构建的基础上,详细介绍了基于约束条件的优化算法的原理、分类和应用实例,为提高微生物制造过程效率奠定了坚实的基础。     

Helicobacter pylori 26695 基因组尺度代谢研究进展

代谢网络在代谢功能研究、生物代谢过程控制、疾病诊断分析和药物靶标设计等方面具有重要理论和实践意义。生物信息学研究利用序列同源、结构模拟、对接等手段与生化实验有效结合促进了生物体代谢网络的进一步完善。本文作者在构建幽门螺杆菌（Helicobacter pylori 26695,H.pylori 26695）代谢网络的工作基础上综合了近年来研究者对H.pylori 26695代谢通路关键酶的研究成果,并结合基因组信息,综述了H.pylori 26695特异性的重要代谢通路。本文从基因组水平阐明代谢通路与基因的关系,并详细分析了关键酶对H.pylori 26695生理的重要作用,最后探讨了重构一个连续、完整的代谢网络面临的困难及其在药物靶标设计方面的研究前景。     

生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用

概述了燃料乙醇生产的生物质及其特点,重点阐述了小麦、玉米等原料生产乙醇的综合开发技术,并对甘蔗和木薯为原料生产燃料乙醇进行了经济性评价。     

基因组重排技术在开发新代谢产物中的应用

基因组重排是一种基于原生质体融合,并对原生质进行递推式融合的新型技术。随着基因组重排技术的不断发展和成熟,通过基因组重排获得新代谢产物的例子不断出现,表明该项技术作为新代谢产物开发的途径具有一定的应用前景。在此列举了基因组重排在开发新代谢产物方面的成果,包括基因组重排激活沉默基因产生新代谢产物;基因组重排引入单酶基因产生新抗生素;基因组重排互换基因模块产生杂合抗生素和基因组重排替换前体基因产生新抗生素的例子,并展望了其发展的趋势。     

甲基营养菌代谢网络途径和代谢工程改造的研究进展

一碳化合物(甲醇或甲烷)高值化转化是当前生物工程领域的重要研究热点。甲基营养菌是一类以甲醇为碳源和能源生长的革兰氏阴性菌,随着基因组测序的开展和各类组学技术的发展,以扭脱甲基杆菌为代表的甲基营养菌的中心代谢网络途径和相关功能基因逐渐明晰。近年来,甲基营养菌中包括基因过表达、基因敲除整合等遗传操作工具的完善以及各种基因调控元件的开发,为甲基营养菌的底盘改造和异源途径优化表达提供了重要基础,国内外的研究推动了甲醇转化成多种高附加值产品。此外,人们渴望利用传统基因工程菌作为底盘构建合成型甲基菌,以期更高效实现甲醇催化转化。本文中,笔者综述了目前甲基营养菌,尤其是扭脱甲基杆菌的代谢网络特点、代谢工程改造策略与应用以及构建合成型甲基细菌这3个方面的研究进展,以期为甲基微生物催化转化的研究提供借鉴。     

基于约束的基因组规模代谢网络模型构建方法研究进展

基因组规模代谢网络模型(Genome-scale metabolic network model,GSMM)正成为细胞代谢特性研究的重要工具,经过多年发展相关理论方法取得了诸多进展.近年来,在基础GSMM模型基础上,通过整合基因组、转录组、蛋白组和热力学数据,实现基于各种约束的GSMM构建,在基因靶点识别、系统代谢工程...     

海洋氮循环过程及基于基因组代谢网络模型的预测

海洋氮循环在地球元素循环中充当着必不可少的角色。海洋氮循环是由一系列氧化还原反应构成的生物化学过程。固氮作用和氮同化作用为生态系统提供了生物可用氮(铵盐)。硝化作用可进一步将铵盐氧化为硝酸盐,硝酸盐又可以通过反硝化作用转化为氮气。整个氮循环实现了海洋中不同含氮无机盐间的转换。微生物是海洋氮循环的重要驱动者,海洋氮循环的研究可以帮助理解海洋生物与地球环境相互作用及协同演化的机制,从而更好地保护地球生态环境。随着氮循环关键微生物基因组尺度代谢网络模型的发表,研究者可以利用代谢网络模型来研究不同氮循环过程的效率、环境因子对氮循环过程的影响以及解析氮循环及生物网络的内在机理等,从而帮助人们更深入地研究海洋氮转化机制。本文主要综述了海洋氮循环过程中各个转化过程的主要微生物,以及基因组尺度代谢网络模型在分析氮循环中的应用。     

鸟苷产生菌的代谢途径分析

代谢工程要解决的主要问题就是改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布,其目标就是修饰初级代谢,将碳架物质流导入目的产物的载流途径以获得产物的最大转化率。利用途径分析方法对枯草芽孢杆菌生产鸟苷的途径进行了分析,建立了3种基础模型,鸟苷理论摩尔产率分别是0．625、0．75和0．667,确定了枯草芽孢杆菌生产鸟苷的最佳途径的通量分布。     

应用代谢网络模型解析工业微生物胞内代谢

为了快速、高效地理解工业微生物胞内代谢特征,寻找潜在的代谢工程改造靶点,基因组规模代谢网络模型(GSMM)作为一种系统生物学工具越来越受到人们的关注。文中在回顾GSMM 20年发展历程的基础上,分析了当前GSMM的研究现状,总结了GSMM的构建及分析方法,从预测细胞表型和指导代谢工程两个方面阐述了GSMM在解析工业微生物胞内代谢中的应用,并展望了GSMM未来的发展趋势。     

小鼠模型在铁代谢研究中的应用

铁代谢在维持生命活动中至关重要,机体铁代谢紊乱会导致贫血和人类遗传性血色病等诸多疾病,对人体健康造成危害。在铁代谢研究领域,小鼠模型具有人群及细胞模型所不具备的优势,可以最准确的表现相应基因及通路在铁代谢调控中的生理作用。利用基因敲除及转基因小鼠模型,许多铁代谢相关的基因及调控通路被发现,有助于深入了解铁稳态调控的分子机制。这些小鼠模型为治疗铁代谢紊乱相关疾病潜在药物的开发和评估提供了理想的平台。     

数理统计在西索米星产生菌诱变育种中的应用

在西索米星产生菌橄榄星孢小单孢菌M－41诱变育种过程中,针对常规育种的随机特性,应用数理统计方法设计实验和整理分析实验数据。取得较好的效果,筛选到一株高产的优良菌株08－81。     

基因工程在氨基酸产生菌中的研究进展

氨基酸与人类和饲养动物生长发育,关系甚为密切。在食品工业与医药工业中是一个重要的生产品种,年消耗量很大,所以每年都要大量生产(见表1) 目前,需求量大的谷氨酸,赖氨酸等,都是采用发酵法生产,所用的菌株大多是棒状杆菌属和短杆菌属中的菌株。由于这两类菌没有杂交系统,所以菌株的改良,产量的提高只有依靠诱变与筛选。近几年来,随着分子生物学,尤其是基因工程方法的发展,为了提高氨基酸产量,在这二类菌中也开展这方面的工作。本文就这方面的研究情况,作一简明的介绍。     

基于Methylovorus sp.J1-1基因组尺度代谢网络优化吡咯喹啉醌合成

通过构建Methylovorus sp.J1-1基因组尺度代谢网络模型(genome scale of metabolic network model,GSMM),发掘能够提升吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)产量的发酵策略和相关靶基因.基于其注释的基因组和生化信息,构建J1-1的G...     

乳酸乳球菌NZ9000基因组规模代谢网络模型的构建与验证

随着后基因组时代的到来,工业微生物的代谢工程改造在工业生产上发挥着越来越重要的作用。而基因组规模代谢网络模型(Genome-scalemetabolicmodel,GSMM)将生物体体内所有已知代谢信息进行整合,为全局理解生物体的代谢状态、理性指导代谢工程改造提供了最佳的平台。乳酸乳球菌NZ9000(Lactococcuslactis NZ9000)作为工业发酵领域的重要菌株之一,由于其遗传背景清晰且几乎不分泌蛋白,是基因工程改造和外源蛋白表达的理想模式菌株。文中基于基因组功能注释和比较基因组学构建了L.lactisNZ9000的首个基因组规模代谢网络模型iWK557,包含557个基因、668个代谢物、840个反应,并进一步在定性和定量两个层次验证了iWK557的准确性,以期为理性指导L. lactis NZ9000代谢工程改造提供良好工具。