基于实验数据的代谢网络重构及其应用研究

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新陈代谢是最基本的生命活动,代谢网络模型对理解和分析生物体的生命活动过程具有重要的意义。基因组尺度的代谢网络重构是由物种的基因组标注信息出发,在数据库的辅助下手工或自动化地对生物体内所有基因参与的“全基因组网络”进行重构的过程。“全基因组网络”是我们以深入的视角理解生命活动过程的分子机制的一个有力工具,但是“全基因组网络”在重构时没有考虑基因的真实表达情况,不能反映出细胞内的代谢活动在不同环境条件下的动态变化过程。   在分析了实验数据与代谢网络模型中的基因、酶、蛋白质、反应及Pathway的关系之后,针对现有重构方法的不足,我们给出了一种基于实验数据的重构方法并设计开发了相应的全自动化重构工具。该工具以真实的实验数据为重构起点,在重构时只考虑体内有表达的基因,以本地整合的多来源数据库作为知识来源,通过对对数据库和代谢网络的优化,可以在数分钟内重构得到反映出细胞实时“工作状态”的“工作网络”。   干细胞和iPS细胞是当下生物学上的研究热点,目前生物学上关于“不同来源干细胞间是否有差异”及“不同来源iPS细胞是否相同”这两个问题尚无定论。在对多种来源的干细胞的“工作网络”重构之后,我们首次尝试从“工作网络”的角度用多种网络比对的方法对干细胞进行比较,结果表明“干性”最强的胚胎干细胞与其他干细胞间的差异较大,而其他干细胞间的差异则比较小;我们用同样的方法重构并比较了不同来源的iPS细胞的“工作网络”,结果表明它们之间的差异很小。
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