基因组尺度代谢网络自动重构及模块化的研究

基因组尺度代谢网络是研究生物代谢系统不可缺少的工具，对于代谢工程实验研究具有重要的指导意义。现有代谢网络重构过程需要借助大量耗时耗力的人工修正，且现有模块化解耦方法很难兼顾模块的层次性和网络的全局优化，成为影响代谢网络研究发展的瓶颈问题，因而有必要研究代谢网络自动重构和新的解耦方法。本项目以代谢网络自动重构和建立新的解耦方法为目标，首先建立全面的数据集，之后通过自动数据收集、网络空白自动填补、运输反应自动添加以及迭代的自动模拟修正，建立高质量的基因组尺度代谢网络，最后结合图论分析和模式识别的方法，对重构网络进行功能解耦，得到适用于复杂生物系统深入功能分析的生物模块。本研究的结果能够大幅度提高基因组尺度代谢网络重构的速度，规范网络重构过程，赋予网络模块更加清晰的生物学意义，为基因组尺度代谢网络的分析和应用奠定基础。

基因组尺度代谢网络是研究生物代谢系统不可缺少的工具，对于代谢工程实验研究具有重要的指导意义。本项目以代谢网络自动重构和建立新的解耦方法为目标，通过自动数据收集、网络空白自动填补、运输反应自动添加以及迭代的自动模拟修正，建立高质量的基因组尺度代谢网络，最后结合图论分析和模式识别的方法，开发新的网络解耦方法，得到适用于复杂生物系统深入功能分析的生物模块。本研究的结果大幅度提高了基因组尺度代谢网络重构的速度，规范了网络重构过程，赋予网络模块更加清晰的生物学意义，为基因组尺度代谢网络的分析和应用奠定了基础。. 本项目的主要成果包括：1.通过数据自动提取的方法建立数据集；2.通过网络空白自动填补的方法初步重构网络；3. 通过自动模拟修正的方法对代谢网络进行修正；4. 网络解耦方法的研究。本项目已完成上述方法的开发并将上述方法应用在枯草芽孢杆菌基因组尺度代谢网络模型及人类组织特异性代谢网络的构建和分析中，同时通过与实验结果的比较验证了枯草芽孢杆菌基因组尺度代谢网络模型的质量，并将其应用到双基因敲除预测以及提高核黄素、纤维素酶、(R,R)-2,3-丁二醇和异丁醇的实验设计上。. 本项目共发表论文25篇，其中期刊论文共15篇，包括SCI论文10篇，EI论文1篇，核心期刊论文3篇，一般期刊论文1篇；会议论文10篇，其中国际会议9篇，国内会议1篇；本项目已培养1名博士后，2名博士研究生和6名硕士研究生；参与编纂书籍章节两章；申请专利4项，其中2项已授权，相关成果获天津市南开区青年博士创新大赛二等奖，黑龙江省齐齐哈尔市科技进步奖和天津大学学生创新性实践活动优秀指导教师。