中科院微生物所等開(kāi)發(fā)出預(yù)測(cè)精度更高的代謝通量分布算法    基因組規(guī)模代謝模型已被廣泛應(yīng)用于細(xì)菌進(jìn)化分析、未知基因功能注釋、生理代謝表型分析和代謝工程策略設(shè)計(jì)等。通量平衡分析（Flux Balance Analysis, FBA）是其中的核心算法，被用來(lái)計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)的通量分布。然而，由于FBA的本質(zhì)是線性規(guī)劃，在多數(shù)情況下不可避免地存在等效解。
    中科院微生物研究所與天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的研究人員合作，針對(duì)FBA存在等效解的問(wèn)題，根據(jù)非平衡態(tài)系統(tǒng)趨向最大化熵產(chǎn)生方向的理論，發(fā)展了一套新的求解方法，即熱力學(xué)最優(yōu)搜索算法（Thermodynamic Optimum Searching, TOS）。在保證物質(zhì)能量守恒條件下，通過(guò)最大化系統(tǒng)的熵產(chǎn)生速率、最小化生化反應(yīng)過(guò)程的吉布斯自由能改變、以及使生化反應(yīng)盡量滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律，可以計(jì)算獲得FBA等效解中的熱力學(xué)最優(yōu)解。、
    利用TOS算法進(jìn)行大腸桿菌代謝通量分布的計(jì)算，獲得的結(jié)果與5組13C通量組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)TOS算法可以使FBA的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高10.7%-48.5%。TOS能夠預(yù)測(cè)出FBA不能預(yù)測(cè)的途徑；或能夠證明FBA預(yù)測(cè)出的部分途徑，在實(shí)際通量分布中貢獻(xiàn)很小。
    采用這一算法，可以精確計(jì)算代謝網(wǎng)絡(luò)中生化反應(yīng)的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力，為從理論上設(shè)計(jì)、構(gòu)建和優(yōu)化生化反應(yīng)途徑提供了參考。研究成果已在線發(fā)表在Biotechnology and Bioengineering上。（ZHU Yan, SONG Jiangning, XU Zixiang, SUN Jibin, ZHANG Yanping, LI Yin*, MA Yanhe. 2012. Development of thermodynamic optimum searching (TOS) to improve the prediction accuracy of flux balance analysis. Biotechnology and Bioengineering, DOI: 10.1002/bit.24739）
    論文第一作者為博士研究生朱巖，指導(dǎo)教師為李寅研究員。該研究得到973計(jì)劃重大科學(xué)問(wèn)題導(dǎo)向項(xiàng)目“人工合成細(xì)胞工廠”資助。