【摘 要】
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代谢工程是一种利用重组DNA技术,编辑改变细胞特定的生化反应或引入新的反应,定向改善产物产率或细胞特性的工程技术。代谢工程研究中最重要的一个表征参数即改造前后细胞内的代谢通量,细胞代谢的详细通量图提供了生物体内碳源、能量和电子流动的定量分析。通过量化各种条件下的胞内通量,可以确定代谢网络的瓶颈,明确代谢控制的关键节点,甚至建立预测性的代谢动力学模型。本文在基于同位素13C代谢流分析的基本代谢物单元
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代谢工程是一种利用重组DNA技术,编辑改变细胞特定的生化反应或引入新的反应,定向改善产物产率或细胞特性的工程技术。代谢工程研究中最重要的一个表征参数即改造前后细胞内的代谢通量,细胞代谢的详细通量图提供了生物体内碳源、能量和电子流动的定量分析。通过量化各种条件下的胞内通量,可以确定代谢网络的瓶颈,明确代谢控制的关键节点,甚至建立预测性的代谢动力学模型。本文在基于同位素13C代谢流分析的基本代谢物单元（Elementary Metabolite Units,EMU）分解原理的基础上,用python语言构建了一个同位素稳态下代谢流计算的软件。结合13C同位素底物标记实验,该软件能够模拟计算出代谢稳态条件下含有可逆反应和旋转对称分子在内的代谢网络通量,以及胞内代谢物同位素异构体的分布比例。为解决天然稳定性同位素分布对质谱检测结果的影响,本研究建立了基于python平台的天然稳定性同位素分布校正算法,修正了实际测量值与理论测量值之间的误差,提高了模型计算的准确性。最后将构建的代谢流模拟框架结合天然同位素校正算法,对两种不同比生长速率下黑曲霉中心代谢网络的代谢通量分布进行了计算,通过比较发现两种比生长速率下:1)达到代谢稳态时,随着稀释速率的增加,底物葡萄糖的消耗增加,氧气的比消耗速率与二氧化碳的比生成速率均有同步增加;2)在A.niger B36的中心碳代谢网络中,随着EMP途径碳源流入量增加,流入PPP途径和TCA循环的碳源占比减少;3)以中心碳代谢中代谢物为前体的氨基酸合成反应绝对通量也随着稀释速率的增加而增加,但组成糖化酶所需的氨基酸占比前两位Ser,Ala合成的相对通量均随着稀释速率的增加而减少,说明在高稀释速率下黑曲霉菌体更偏向于合成菌体蛋白,存在糖化酶合成的氨基酸前体供应限制。本论文将面向对象编程语言python应用于微生物细胞代谢稳态下胞内代谢流计算模拟中,并取得良好结果,为进一步探究微生物胞内代谢调控规律、寻找影响产物产率的基因改造靶点等奠定了良好的技术基础。
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