蘇云金芽胞桿菌代謝網(wǎng)絡的重建與分析.pdf

1、蘇云金芽胞桿菌是目前世界上研究最多應用最廣的殺蟲微生物，但當前的研究主要集中在以還原論為指導思想的傳統(tǒng)實驗方法上。為了從系統(tǒng)水平上來描述、解釋和預測蘇云金芽胞桿菌細胞的功能和行為，加深對其細胞組織原則的理解，并最終用于指導菌種優(yōu)選、發(fā)酵過程優(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，并從系統(tǒng)生物學的觀點出發(fā)，分析了此代謝網(wǎng)絡的整體拓撲結構、網(wǎng)絡的模塊化以及相關的代謝途徑。 代謝網(wǎng)絡的重建是對其進行結構和功能分析的前提

2、，本文首先從KEGG等相關數(shù)據(jù)庫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代謝反應數(shù)據(jù)庫基礎上進行修正補充后得到的數(shù)據(jù)庫并查閱相關文獻對所得的網(wǎng)絡進行必要的修正。最后，用節(jié)點表示代謝物，連線表示代謝物之間的反應，箭頭表示反應的方向，即用代謝物圖來表示所得的代謝網(wǎng)絡。 隨后，本文根據(jù)復雜網(wǎng)絡的蝴蝶結結構對蘇云金芽胞桿菌代謝網(wǎng)絡進行簡化處理，通過對蝴蝶結的巨強連通體部分的研究，發(fā)現(xiàn)該部分包含了重

3、要的生物學功能模塊，其關鍵節(jié)點具備重要的生物學意義。并且從以下幾個方面研究了該巨強連通體部分:1)平均路徑長度，即任意兩個結點能通過幾條邊的路徑建立連接;2)結合度分布，也就是一個結點有k條邊的概率P(k);3)魯棒性，主要是研究網(wǎng)絡的容錯與抗攻擊能力。結果表明該巨強連通體部分具備典型的“小世界”和“無標度”特征。此外，由于細胞網(wǎng)絡是高度模塊化的且具有與社會網(wǎng)絡類似的模塊化結構，為了進一步分析復雜代謝網(wǎng)絡中蘊含的功能信息，使用模擬退火算