热力学约束下代谢网络流量的蒙特卡洛采样方法

摘要

发展了一种新的基于约束的代谢网络分析方法:将代谢网络中可能的稳态类比成一个热力学系综进行蒙特卡洛采样,定义以代谢流量为变量的势能函数,既包括能使网络的生物量产出达到最优的目标量,也包含网络需要满足的一些约束条件.该方法可以对大肠杆菌稳态代谢流量空间在自动满足热力学约束和稳态约束的条件下进行采样,比已有的方法更方便有效,样本比完全随机采样具有更好的分布.优化生物量产出得到的模拟结果与真实实验结果一致.此外,使用不同势能函数,例如使乙醇产量最大化,可获得不同目标下的流量分布,对于代谢工程的遗传操作有指导作用.