應(yīng)用動(dòng)態(tài)流平衡分析對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)初步建模仿真.pdf

1、現(xiàn)代生物信息技術(shù)，特別是高通量生物芯片技術(shù)的發(fā)展，使人類對(duì)生物體代謝網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)無(wú)論是知識(shí)量，還是知識(shí)的準(zhǔn)確性都大大提高了。這就要求從系統(tǒng)角度全面和準(zhǔn)確地描述代謝網(wǎng)絡(luò)。隨著系統(tǒng)生物學(xué)研究的興起，采用計(jì)算生物學(xué)方法研究代謝網(wǎng)絡(luò)建模，避免傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的不足，成為生物代謝研究的熱點(diǎn)之一。此類工作對(duì)于揭示深層次的代謝機(jī)理、生命本質(zhì)，以及物種進(jìn)化過(guò)程中與環(huán)境的相互作用和適應(yīng)過(guò)程都有重要的作用和意義。 本文主要分析了系統(tǒng)生物學(xué)方法動(dòng)態(tài)流平衡

2、分析（Dynamic Flux Balance Analysis DFBA）的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)-動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制理論以及其數(shù)值解法，動(dòng)態(tài)流平衡分析強(qiáng)調(diào)通過(guò)整合已有的生物信息重建生物代謝網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上利用化學(xué)計(jì)量矩陣對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的仿真。然后應(yīng)用DFBA對(duì)大腸桿菌簡(jiǎn)化代謝網(wǎng)絡(luò)建模，從系統(tǒng)角度以動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制理論加深對(duì)微生物代謝的理解與認(rèn)識(shí)。以大腸桿菌代謝網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，對(duì)大腸桿菌簡(jiǎn)化代謝網(wǎng)絡(luò)建模，初步模擬了大腸桿菌的二次生長(zhǎng)現(xiàn)象。結(jié)合動(dòng)力

3、學(xué)信息，擴(kuò)展動(dòng)態(tài)流平衡分析的約束條件，對(duì)大腸桿菌中心碳代謝網(wǎng)絡(luò)建立模型并求解。模擬結(jié)果與代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性趨勢(shì)相吻合。論文最后討論了建模過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題以及模型將來(lái)可能的發(fā)展方向。 通過(guò)對(duì)課題的研究，主要獲得以下一些結(jié)論：可以對(duì)同樣的代謝網(wǎng)絡(luò)可以建立多個(gè)合理的動(dòng)態(tài)流平衡模型；復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用動(dòng)態(tài)流平衡分析方法，在僅僅利用化學(xué)計(jì)量矩陣時(shí)，可以獲得部分正確的代謝網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性；結(jié)合動(dòng)力學(xué)信息和化學(xué)計(jì)量矩陣信息，可以獲得更多正確