蘇云金芽胞桿菌代謝網(wǎng)絡(luò)的重建與分析.pdf

1、蘇云金芽胞桿菌是目前世界上研究最多應(yīng)用最廣的殺蟲(chóng)微生物，但當(dāng)前的研究主要集中在以還原論為指導(dǎo)思想的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法上。為了從系統(tǒng)水平上來(lái)描述、解釋和預(yù)測(cè)蘇云金芽胞桿菌細(xì)胞的功能和行為，加深對(duì)其細(xì)胞組織原則的理解，并最終用于指導(dǎo)菌種優(yōu)選、發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化等，本文由基因組數(shù)據(jù)重建了蘇云金芽胞桿菌的代謝網(wǎng)絡(luò)，并從系統(tǒng)生物學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，分析了此代謝網(wǎng)絡(luò)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)的模塊化以及相關(guān)的代謝途徑。 代謝網(wǎng)絡(luò)的重建是對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能分析的前提

2、，本文首先從KEGG等相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取蘇云金芽胞桿菌的基因組與所有代謝途徑信息，然后參照Ma和Zeng在KEGG代謝反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上進(jìn)行修正補(bǔ)充后得到的數(shù)據(jù)庫(kù)并查閱相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)所得的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行必要的修正。最后，用節(jié)點(diǎn)表示代謝物，連線表示代謝物之間的反應(yīng)，箭頭表示反應(yīng)的方向，即用代謝物圖來(lái)表示所得的代謝網(wǎng)絡(luò)。 隨后，本文根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)蘇云金芽胞桿菌代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，通過(guò)對(duì)蝴蝶結(jié)的巨強(qiáng)連通體部分的研究，發(fā)現(xiàn)該部分包含了重

3、要的生物學(xué)功能模塊，其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具備重要的生物學(xué)意義。并且從以下幾個(gè)方面研究了該巨強(qiáng)連通體部分:1)平均路徑長(zhǎng)度，即任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)能通過(guò)幾條邊的路徑建立連接;2)結(jié)合度分布，也就是一個(gè)結(jié)點(diǎn)有k條邊的概率P(k);3)魯棒性，主要是研究網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)與抗攻擊能力。結(jié)果表明該巨強(qiáng)連通體部分具備典型的“小世界”和“無(wú)標(biāo)度”特征。此外，由于細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)是高度模塊化的且具有與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)類似的模塊化結(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步分析復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)中蘊(yùn)含的功能信息，使用模擬退火算