^(13)C标记代谢流分析中天然稳定性同位素修正矩阵构建方法及应用

摘要

稳定性同位素^(13)C标记实验是分析细胞代谢流的一种重要手段,主要通过质谱检测胞内代谢物中^(13)C标记的同位素分布,并作为胞内代谢流计算时的约束条件,进而通过代谢流分析算法得到相应代谢网络中的通量分布。然而在自然界中,并非只有C元素存在天然稳定性同位素^(13)C,其他元素如O元素也有其天然稳定性同位素^(17)O、^(18)O等,这使得质谱方法所测得的同位素分布中会夹杂除^(13)C标记之外的其他元素的同位素信息,特别是分子中含有较多其他元素的分子,这将导致很大的实验误差,因此需要在进行代谢流计算前进行质谱数据的矫正。本研究提出了一种基于Python语言的天然同位素修正矩阵的构建方法,用于修正同位素分布测量值中由于天然同位素分布引起的测定误差。文中提出的基本修正矩阵幂方法用于构建各元素修正矩阵,结构简单、易于编码实现,可直接应用于^(13)C代谢流分析软件数据前处理。将该修正方法应用于^(13)C标记的黑曲霉(Aspergillus niger)胞内代谢流分析,结果表明本研究提出的方法准确有效,为准确获取微生物胞内代谢流分析提供了可靠的数据修正方法。