代谢工程20年来的发展表明,从基因组水平对其代谢网络进行建模与分析十分必要。如今随着系统生物学等相关学科的发展,虽然已经建立了87个基因组尺度代谢网络模型,但是每个模型的建立都很耗时耗力,而且对这些模型的更新同样是十分不便。分析原因主要是由于生物自身数据的复杂性以及由此造成的KEGG对构建代谢网络模型的不适应性,所以有必要建立一个更适合代谢网络建模的数据库,实现代谢网络建模的系统化与规范化操作。 克雷伯氏菌作为一种兼性厌氧菌,被广泛地应用在各种发酵过程中,特别是在发酵甘油生产1,3-丙二醇的过程中,克雷伯氏菌以其较高的转化率和1,3-丙二醇生产能力而最受关注。但是截至目前,尚未能找到稳定地提高其1,3-丙二醇生产能力的有效改造策略,对菌株的改造工作往往是顾此失彼,究其原因是对克雷伯氏菌的代谢调控机制缺乏系统水平的理解,所以对其基因组尺度代谢网络模型进行建立与分析显得尤为重要。但是,迄今还未见有关克雷伯氏菌基因组尺度代谢网络模型的报道。 为此,本文首先以KEGG为基础,综合其它数据库的数据和文献资料,对已有代谢数据进行重新整理,建立起了更加适合代谢网络建模与分析的数据库,其中包含七个独立表,2471个生物的8601条反应记录。然后利用建立的数据库对K. pneumoniae 342的基因组尺度代谢网络进行了建模：首次提出以基因作为边,以反应物作为节点构建的结构分析模型,使其代谢网络层次能够反映基因信息,所建立的模型共包含7735条记录,涉及1209个基因,1998个反应的共计2143个反应对。最后,通过对其应用复杂网络理论进行分析发现,K. pneumoniae 342菌株的基因组尺度代谢网络的聚合系数为0.038,度分布符合幂率分布,属于无标度网络,对随机节点删除具有较高的鲁棒性,但对目的性攻击比较脆弱。对巨强连通体的分析表明最大路径长度为30,半径为16,特征路径长度为8.155,符合小世界网络特征,这使得环境因素造成的影响能够迅速传遍网络,对菌体快速适应复杂多变的环境具有重要意义。 此外,本文利用建立的本地数据库,建立了K. pneumoniae 342菌株用于动力学分析的基因组尺度代谢网络模型。但由于调控信息等的缺乏,暂未进行动力学模拟与分析。 对K. pneumoniae 342基因组尺度代谢网络模型的建立与分析,填补了克雷伯氏菌在这方面研究的空白,为今后对其进行基因组尺度的代谢调控动力学研究奠定了基础。