代谢流分析的一些认识

省部重点实验室

2012/12/20

私聊

生命科学仪器综合讨论

谈谈我对代谢流分析的一些认识，大家来讨论。

学习代谢流分析将近半个月了，刚开始对其复杂的代谢网络简直是望而生畏，但是由于课题需要，不得不硬着头皮逼自己往下看，经过这半个月的学习，似乎对其有了一些头绪，现分享如下，也希望有志于研究代谢网络优化的同学能来分享你们对代谢流的认识。我发现国内大多数文章主要集中在EMP， TCA， HMP途径的分析，顶多再多个乙醛酸回补途径，或者是某个中间产物的回补途径，（这样的应属深层次的了）。他们都试图在EMP，TCA和HMP途径中找到一个起关键作用的节点，比如α-酮戊二酸吧，它是谷氨酸生成的前体，若能在发酵中对其进行控制，是代谢流向这个方向，那就会增大谷氨酸的产量，再比如如果谷氨酸又是某个细菌素的产生前体，那么同样道理，是代谢向谷氨酸生成方向流动，就会增加该细菌素的产量，其实也就是使代谢向酮戊二酸流，又回到了EMP，和TCA循环中。当然这些分析都是对于浅层次和初学者而言的。现在在我看来代谢流最难的地方应属列出平衡方程和计算了，以上是我对代谢流分析一些浅薄的认识，希望大家各抒己见，积极讨论，代谢流分析的确是一个值得研究的领域。

我认为代谢流分析是指导代谢工程（被称为第三代基因工程）的重要方法，目前国内仍处于研究的初期阶段，国内天津大学赵学明教授翻译了该领域著名的开拓者之一mit的STEPHANOPOULOS教授编写的图书《代谢工程-原理与方法》，并开展了这方面的研究。对于代谢流计算方面，仍以拟稳态假设为主，国内对于许多重要的中间代谢产物的定量分析仍十分欠缺，对于结合MS或NMR等手段精确计算代谢流分布仍有很大差距。此外，国内尚无借助于代谢流分析通过基因工程方法进行代谢途径改造获得诱变菌株的报道。所以仍有很多工作可以开展。

我也推荐一本好书，叫《代谢工程的途径分析与优化》，我看过，讲的挺细，关键是有例子。化工出版社的。 ?(- YD/
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本书原著由代谢工程领域从事多年研究工作的国外专家撰写，是剑桥大学的权威参考书之一，现在由国内从事相关工作的学者翻译成中文。系统介绍代谢工程的建模方法与优化技术，检验了代谢途径操作的研发策略，验证了系统模型有效的必要性，讨论了模型的设计和分析，重点则是在优化上。作者还阐述了生化系统理论中的幂定律模型和方法，由基本原理导出概念，汇集了大量的图片与研究实例。 B

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本书的读者首推生物工程、生化工程、发酵工程、生物科学和生物技术等专业的高年级本科学生和研究生，可以成为他们了解代谢工程和从事相关研究时的参考书或教材，也可供从事代谢工程研究的相关领域专家、学者阅读和参考。

MS 质谱.用于同位素示踪分析.我们试验室将使用代谢工程结合同位素,对红霉素进行途径分析. FKz+xmJq
MFA最关键的是建模型(代谢途径),而用matlab进行矩阵计算很方便

正如细履平沙所言，代谢流分析的关键在于建立基于物料衡算和反应方程的化学计量学的代谢通量平衡模型，结合同位素示踪分析（与HPLC/MS/MS联合使用）的实验结果，得到中间代谢产物的通量，进而通过matlab或其他可以进行线性规划计算的软件进行模型求解。我们也准备采用同位素示踪的方法进行代谢通量计算，但由于很多问题解决不了，所以迟迟没有进展。不知道细履平沙的实验室对于中间代谢产物是如何进行分析检测的？另外培养基是否属于复杂培养基，如使用蛋白胨等如何进行处理？谢谢！

之前进行过简单的分析,测量的参数有:OUR,CER,细胞干重,发酵单位,glucose消耗速率,还有一些胞内和胞外的氨基酸的浓度.用的培养基是无机合成培养基. w'nNqlO\
个人认为用复合培养基对分析会带来很大的误差,影响细胞干重,胞外物质的测量. Y`[{mR -
如果使用可溶的有机物,影响应该比较小!

国外德国和日本的清水实验室着方面作的很多,也发表了大量文章,你可以仔细阅读以下,比书本上写的要详细的多

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省部重点实验室

第1楼2012/12/20

我也觉得代谢通量方程以及其计算也挺难的，但看了讨论好多人都说很简单，还望那些会的朋友能给指点指点啊。 ,
另外，想问下细履平沙，你们做代谢流分析是用的同位素吗？我打算用化学计量法，只测定胞外几个代谢物数据，得到这些数据然后进行估算代谢流分布。

还有一点，看到大家讨论中涉及到培养基问题，无机氮跟有机氮对这个影响很大吗？为什么进行代谢流分析的时候，要把酵母膏蛋白胨等有机氮换成无机氮呢？还望大家能给解释一下。

没有注意到这个问题，不好意思! I
区别：
1，都是物质平衡，化学计量学是以分子为基础的平衡，而C标记的是以同位素异构体为基础的平衡，所以后者可能涉及1000个以上的平衡。
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2，C标记的代谢流算法很复杂，例如对称分子的平衡。
3，C标记的代谢流只适用于生长状态，一般选择对数生长期。 7
4，C标记的代谢流实验涉及到了大量的细节问题：如如何选择标记物的模块模式等。
5，对分析的要求更高，目前许多实验用到了HPLC-MS/MS分析系统。而且对样品的处理更严格。
6，算法不同，计量学的直接用matlab，一个公式就能计算出结果，而C标记的实验，需要优化算法。
还有其它的不同，多看看文献。以上是我自己的理解。

如果 A*r=B 可以推出 AT*A*r=AT*B ===>
inv(AT*A)*(AT*A)*r=inv(AT*A)*AT*B==>~,
r=inv(AT*A)*AT*B （公式1）

在这里：AT代表转置 int(A)代表求逆矩阵 K=i dB^*
所以在matlab ，用公式1就能够将反应速率求出来。
计算系统不是整数也没有关系，一样计算。