基于改进MILP模型的克雷伯氏杆菌最优可行代谢路径分析

发布时间：2023-02-26 10:12

　　代谢工程主要利用基因重组技术对细胞代谢途径进行有目的的改造,从而改善细胞的代谢特性,实现特定目标产物的高效生产。通量平衡分析(FBA)是代谢工程常用的理论分析方法,但目前只能求出一组最优代谢路径,如何得到所有可行最优代谢路径引起人们的高度关注。针对混合整数线性规划(MILP)算法求解所有最优可行解时搜索范围过大造成计算时间较长的问题,本文结合通量可变性分析(FVA),对MILP进行了改进,分别对不同规模的克雷伯氏杆菌转化甘油为1,3-丙二醇(1,3-PD)的碳中心代谢网络和基因组代谢网络进行了最优可行路径分析,以期对菌种的基因工程改造提供理论支持。本文主要研究内容如下:首先结合通量可变性分析,将得到反应通量最小值可能为零的集合作为约束改进MILP算法,缩小了变量搜索范围,采用GAMS软件进行编程求解。根据大肠杆菌的简化代谢网络,分别利用MILP和改进MILP算法得到丙酮酸激酶缺乏的所有替代最优解,并与文献中的最优可行解进行了比较,验证了算法的准确性和可行性。然后根据克雷伯氏杆菌碳中心代谢网络,分别建立了微氧和厌氧下克雷伯氏杆菌的改进MILP模型,得到不同氧气消耗下的所有最优可行代谢路径...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 文献综述
    1.1 代谢工程简介
    1.2 代谢网络研究进展
        1.2.1 代谢网络概述
        1.2.2 基因组尺度代谢网络的构建
        1.2.3 克雷伯氏杆菌基因组尺度代谢网络的介绍
    1.3 代谢网络分析方法
        1.3.1 代谢控制分析
        1.3.2 代谢通量分析
        1.3.3 代谢路径分析
        1.3.4 通量平衡分析
    1.4 微生物发酵产1,3-丙二醇研究进展
        1.4.1 1 ,3-丙二醇的物化性质和主要用途
        1.4.2 微生物发酵生产1,3-丙二醇的优点
        1.4.3 甘油生物转化为1,3-丙二醇的菌株
        1.4.4 克雷伯氏杆菌生产1,3-丙二醇代谢工程的研究进展
    1.5 本课题研究的目的、意义和内容
        1.5.1 本课题研究的目的和意义
        1.5.2 本课题研究的内容
2 混合整数线性规划算法的改进
    2.1 引言
    2.2 算法的介绍
        2.2.1 线性规划最优值的求解
        2.2.2 混合整数线性规划(MILP)
        2.2.3 改进的混合整数线性规划
    2.3 改进混合整数线性规划算法的应用
    2.4 本章小结
3 克雷伯氏杆菌碳中心代谢网络最优可行代谢路径的分析
    3.1 引言
    3.2 微氧下最优可行代谢路径分析
        3.2.1 微氧代谢网络模型的构建
        3.2.2 微氧代谢网络通量平衡模型的建立
        3.2.3 微氧下最优可行代谢路径分析
    3.3 厌氧下最优可行代谢路径分析
        3.3.1 厌氧代谢网络模型的构建
        3.3.2 厌氧代谢网络通量平衡模型的建立
        3.3.3 厌氧下最优可行代谢路径分析
    3.4 本章小结
4 克雷伯氏杆菌基因组代谢网络的最优可行代谢路径分析
    4.1 引言
    4.2 基因组尺度代谢网络模型的简化与算法
    4.3 基因组代谢网络的最优可行代谢路径分析
        4.3.1 生物量对最优可行代谢路径的影响
        4.3.2 最优可行代谢路径的节点分析
        4.3.3 最优可行代谢路径的ATP分析
        4.3.4 氧气对最优可行代谢路径的影响
    4.4 本章小结
5 结论与展望
参考文献
附录
致谢
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本文编号：3750337