代谢网络流分析进展及应用-生物在线
年 第 55 卷 第 14 期: 1302 ~ 1309 《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
专题: 生物信息学 评 述
代谢网络流分析进展及应用
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陈琦, 王卓, 魏冬青
上海交通大学生命科学技术学院, 上海 200240
* 联系人, E-mail: zhuowang@; dqwei@
-04-26 收稿, -07-21 接受
国家自然科学基金和国家高技术研究发展计划(AA02Z333)资助项目
摘要 代谢网络的研究已经成为系统生物学研究的一个热门话题, 基于代谢网络流分析 关键词
的方法在寻求生物体代谢网络特征中具有很重要的作用. 回顾了几种主要的代谢网络静 代谢网络
态分析方法如: 流平衡分析(FBA) 、代谢调节最小化分析(MOMA)、调节的开关最小化 流平衡分析
(ROOM)、含有二次线性规划的动态流平衡分析方法(DFBA-LQR)等. 另外, 介绍了几种 代谢调节最小化分析
基因调控
常用的代谢网络流分析软件, 如FluxAnalyzer, COBRA Toolbox, PathwayAnalyser, 并对
拓扑特征
这些软件的性能进行了比较. 代谢网络的研究不仅能使人们更好地了解代谢网络性质,
也在很多方面得到了应用, 将代谢网络流分析和其他生化数据分析方法整合起来的理念
逐渐形成并已有所进展, 如代谢流与基因表达调控的结合、代谢流对蛋白质进化的影响、
代谢流与拓扑特征的关联分析、代谢工程优化改造等. 今后的研究方向可以将代谢流分
析与网络拓扑特征分析以及动态建模等结合起来以获得更全面更准确的代谢网络性质.
1 代谢网络研究及现状 序列信息、高通量的实验技术和生物工程理论的基础
使得我们能利用已知生物体的一系列生化反应, 将
代谢网络是决定细胞生理、生化特性的一整套代
从细菌到人类等不同生物的代谢网络完整地重建出
谢过程和物理过程. 正因如此, 代谢网络包含与代谢
来. 目前许多生物代谢网络已经构造完成并且可以
物相关的一系列化学反应以及引起这些反应的用于
通过在线互联网络获得相关的信息, 其中比较著名
调节的一系列相互作用. 代谢网络理论把这些反应 和常用的代谢反应数据库有: 京都基因与基因百科
和相互作用看成是一个完备的整体, 从网络的层面 全书KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)
上进行分析和研究, 而不是孤立地进行考虑. 从 20 [1]
(http://www.genome.ad.jp/kegg) , 美国Argonne 国家实
世纪 70 年代开始, 对于代谢网络的研究逐渐成为生 验室 WIT(WhatlsThere) 系统 (/
物学的热点问题之一. 一方面, 对代谢网络拓扑性 WIT/), 关于大肠杆菌 E. coli 所有代谢反
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