运用COBRA方法研究聚球藻代谢网络

生物过程的系统级建模和模拟,在定量和动态获得细胞功能方面具有指导作用。利用基于约束的代谢网络分析方法在计算机中模拟细胞代谢,分析聚球藻代谢网络的基本拓扑结构和网络内在联系。通过对代谢网络中的反应进行逐一删除,使用FBA和FVA方法分析敲除反应后的代谢网络的流量分布,以及该反应的敲除对其余反应的影响,并找到代谢网络中对整个系统有影响的反应,进一步验证其网络理论和模型方法的可行性。     

丙酮酸铁氧化还原蛋白酶对蓝藻光合生长速率影响的仿真分析

光合生物通过光合作用,可将光能转化为储存在生物体内部的生物质能,生物质能的生成速率受光合生长速率的影响.研究影响光合生长速率的因素,有利于提高生物质能的生成速率.蓝藻是最早进行光合作用和释氧的原核生物,具有遗传背景简单、固碳效率高等特点.丙酮酸铁氧化还原蛋白酶(PFOR)是丙酮酸固碳代谢的关键酶,在丙酮酸异化过程中起着重要作用.首先根据蓝藻的代谢网络,模拟敲除其中的酶PFOR,并利用通量平衡分析、通量可变性分析和多目标优化方法研究基因敲除后的代谢网络.通过研究分析,推测出酶PFOR对蓝藻光合生长速率的影响.     

代谢控制分析的理论与应用

代谢控制分析（ＭｅｔａｂｏｌｉｃＣｏｎｔｒｏｌＡｎａｌｙｓｉｓ，简称ＭＣＡ）是一种以系统观点对细胞内代谢调控进行定量分析的理论和实验方法，结果ＭＣＡ理论，代谢控制是细胞内代谢的系统属性，并可以用酶动力学性质进行定量表示，ＭＣＡ指出了“限速步骤”观念的局限性，认为代谢途径中酶促反应步骤对代谢的控制作用随系统内外条件的改变而变化，用理论计算或试验确定的控制系数能够加深对代谢的控制结构特性的理解，ＭＣＡ     

细菌纤维素生物合成网络的构建及代谢通量分析

构建了木醋杆菌合成细菌纤维素(Bacterial Cellulose,简称 BC)的代谢网络.基于流量平衡模型,通过物料衡算和Lingo线性规划,得到发酵前期和后期BC合成的代谢通量分布.代谢通量分析结果表明,葡萄糖进入磷酸戊糖途径(PPP)和三羧酸(TCA)循环,前期菌体大量合成,BC产量较高;后期形成大量无效循环,BC产量降低.由于部分代谢流流向副产物和无效循环,减少了合成BC的代谢流,造成了碳源的浪费,所以需通过遗传改造、诱变或改变发酵条件等方法,减少副产物生成,提高BC的产率.     

青霉菌组蛋白去乙酰化酶基因的敲除及其次级代谢产物变化

丝状真菌尤其是青霉菌Penicillium代谢的各类次级产物日趋成为研制新药的重要来源，很多药物如抗癌药物、抗生素、免疫抑制剂等均来源于真菌。然而真菌次级代谢受多因素的影响，其中表观遗传修饰起到重要的调控作用。组蛋白乙酰化表观遗传修饰常与转录激活相关，从而促进次级代谢产物的合成。以青霉属真菌Penicillium christenseniae SD-193.84为研究对象，利用生物信息学手段确定其组蛋白去乙酰化酶（HDAC）基因，建立该菌中同源重组基因敲除技术，对该基因进行敲除，并比较了基因敲除前后次级代谢产物的变化，发现HDAC影响了多种次级代谢产物的合成。本研究为青霉菌分子遗传操作及次级代谢调控提供了参考。     

代谢指纹分析技术进展及应用

代谢组学主要考察生物体系受刺激或扰动后其内源性代谢产物的变化,从而研究生物体系的代谢途径。代谢指纹分析技术是代谢组学常用的研究手段之一。本文对代谢组学及代谢指纹分析技术的研究进展作相应的论述。     

小链霉菌HCCB10043敲除硫酯酶基因的工程菌株构建及其代谢产物的研究

小链霉菌(Streptomyces parvus)HCCB10043的主要代谢产物为脂肽类化合物A21978C,其基因组序列中包括了非核糖体肽合成酶(NRPS non ribosomal peptide synthetase)、聚酮合酶(PKS polyketide synthases)以及NRPS-PKS混合的多酶体系基因簇,它们的共同特点是在代谢产物生物合成簇中连接有一个硫酯酶域,即TE(thioesterase)domain.硫酯酶可以使已经合成的化合物链的合成过程终止,并且具有水解释放成熟脂肽以及环化线性脂肽链的功能.通过对联二吡啶类代谢产物合成簇中TE基因的敲除构得工程菌株,工程菌发酵结果表明联二吡啶类代谢产物产量减少.     

代谢网络的重构

在已有的构建代谢网络方法的基础上,提出了构造代谢网络的改进方法.以鱼腥藻作为实例,利用KEGG数据库中生物体的生化反应、酶、基因数据重构出鱼腥藻的初步代谢网络,并对初步代谢网络进行了修正,讨论了该网络的拓扑结构性质.     

代谢组学在疾病诊断方面的研究进展

代谢组学(metabonomics;metabolomics)是研究关于生物体被扰动后(如基因的改变或环境变化后)其代谢产物(内源性代谢物质)种类、数量及其变换规律的科学.目前代谢组学已广泛应用于病理阐述、药物开发、药物毒性研究、疾病诊断、微生物代谢研究等方面.对近5年来代谢组学在疾病诊断方面的研究进行了综述,并对代谢组学研究进行展望.     

盐胁迫条件下酿酒酵母的代谢通量分析

用计算代谢通量的方法研究酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)在高盐胁迫条件下的生理代谢.结果表明,在盐胁迫条件下,胞外海藻糖、甘油、乙醇和乳酸的质量浓度分别较常规培养条件下提高了24.44%,60.89%,23.32%和26.76%,而柠檬酸、琥珀酸和苹果酸的质量浓度分别较常规培养条件下降低了82.11%,50.37%和53.33%.代谢通量分析表明,在盐胁迫培养条件下糖酵解途径各支路的代谢产物通量均有所增加,而TCA循环中各代谢产物的通量均有所减少.     

大肠杆菌利用甘油生产1,2-丙二醇合成途径的构建及其代谢网络调节的研究

采用便宜易得的甘油为碳源,在大肠杆菌中构建了一条由磷酸二羟基丙酮生产1,2-丙二醇的异源代谢途径,通过敲除竞争支路醋酸的代谢途径,增强上游甘油到磷酸二羟丙酮的代谢通路,增加碳代谢流量及还原力,达到了平衡代谢网络中还原力和能量的目的。所构建的8株工程菌中,敲除菌株ΔtpiA得到了最好的发酵结果,1,2-丙二醇的产量达到1.3g/L,产率为0.21g/g。     

乳酸菌基因组代谢网络模型的研究进展

基因组代谢网络模型(genome-scale metabolic models,GEMs/GSMM)是基因组规模的细胞生化反应网络,可以定量描述基因与表型的关系,广泛应用于系统生物学、代谢工程、环境科学等领域。微生物基因组代谢网络模型是基于微生物基因组构建的生理生化知识库,通过数学模型实现对目标微生物生理生化反应的模拟,已成为研究微生物代谢调控的重要工具。基因组代谢网络模型的构建步骤通常包括构建模型草图、人工精炼、模型转换、验证评估4个阶段。在介绍以模式微生物(大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母)为代表的微生物基因组代谢网络模型发展过程基础上,重点聚焦乳酸菌基因组代谢网络模型的研究现状,系统介绍了已构建的乳酸菌基因组代谢网络模型及其应用。对乳酸菌基因组代谢网络模型的发展方向进行了展望,提出未来乳酸菌基因组代谢网络模型的研究应在现有模型的基础上构建更高质量的代谢与大分子表达模型和泛基因组模型,为乳酸菌的研究提供更高效的工具。     

TDI在小鼠血清中的代谢及代谢产物的鉴定

研究甲苯二异氰酸酯在小鼠血清中的代谢情况.采用高效液相色谱法,色谱柱:ODS(250 mm×4.6 mm,5μm);流动相∶乙腈∶水(45∶55)(加0.22 g醋酸钠).在1.2~5.2 mol/L范围内,甲苯二异氰酸酯峰面积与浓度线性关系良好(r=0.999 8),甲苯二异氰酸酯在雄性小鼠血清中代谢生物半衰期为51.72 min,甲苯二异氰酸酯在雌性小鼠血清中代谢生物半衰期为111.77 min.用气相色谱-质谱法测定甲苯二异氰酸酯(TDI)在小鼠血清中的代谢产物,结果显示,2,4-TDI被代谢成2,4-TDA.     

酿酒酵母中心代谢网络动力学建模

以酿酒酵母中心代谢网络为研究对象进行代谢网络动力学模拟,将酶反应速率方程改写成普适的形式,模拟了以葡萄糖为碳源的一次生长代谢状态,计算得到了代谢网络达到稳态的代谢流分布以及全部代谢物浓度随时间变化的情况,并将模拟得到的代谢流分布与实验结果进行了比较,结果具有一致性.     

血脂类代谢研究中的转基因动物模型

转基因疾病动物模型 ,通过不表达或过量表达的基因来表现各种疾病。脂质代谢是人体中的一种极为复杂的生理过程 ,在与脂质代谢有关的基因中 ,既有促进动脉粥样硬化形成的因素 ,也有降低动脉粥样硬化发病的成份。本文介绍了涉及脂质代谢有关的载脂蛋白 (Apo)类基因 ,如ApoE、ApoA、ApoB、ApoC ;相应的受体基因 ,如A型人清道夫受体SR A、SR B1和SR CD ;与脂质代谢有关的酶和转运蛋白的基因 ,如胆固醇脂转运蛋白 (CETP)、脂蛋白脂酶 (LPL)等几十种转基因动物模型及其特点 ,这些与血脂有关的转基因动物模型在研究发病机理、药物筛选…     

有氧运动对伴随衰老代谢综合征基因表达的调控

目的：探索有氧运动对代谢综合征患者血液基因表达的影响，分析运动前后血液转录表达谱的差异，研究差异表达基因涉及的功能与内在联系.方法：从美国国立生物技术信息中心(NCBI)公共基因芯片数据平台(GEO)下载GSE10540数据集mRNA芯片数据，对5名代谢综合征患者运动前后的mRNA表达谱数据进行基因集富集分析(GSEA),应用metascape软件进行功能富集(GO)和信号通路(KEGG)富集分析，用STRING数据库构建蛋白质相互作用网络.结果：运动后血样比较运动前共筛选出152个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中有54个基因上调，98个显著下调.GESA分析发现12个基因或通路在运动后表达谱中显著富集负相关，蛋白质相互作用网络筛选出9个关键蛋白.结论：代谢综合征患者运动前后血样相关DEGs揭示了代谢综合征的分子特征，这些基因可能与癌症发生之间呈负相关，这为进一步探讨有氧运动对代谢综合征患者健康改善的作用机制及关键调控分子提供了研究思路.     

芦丁在大鼠体内的代谢产物鉴定与代谢途径分析

分析大鼠口服芦丁后血浆、尿液和粪便中的代谢产物并评价芦丁在大鼠体内的代谢途径。大鼠灌胃给予250 mg/kg芦丁后，采集血浆、尿液和粪便，以固相萃取法处理生物样品，利用超高效液相色谱-四级杆-静电场轨道阱质谱，以0.05%甲酸水(A)-0.05%甲酸乙腈(B)为流动相梯度洗脱，分别在正、负离子模式下采集各样品数据，通过高分辨提取离子流图和平行反应监测模式，结合色谱保留时间、质量测量、诊断离子等确定芦丁的代谢物并探究芦丁在大鼠体内的代谢途径。在正、负离子模式下共检测和鉴定了29种芦丁代谢产物，其主要代谢途径为甲基化、葡萄糖醛酸化、硫酸酯化及其复合反应等。建立了芦丁的整体代谢图谱，为其进一步的药效学评价及开发利用提供了参考依据，同时也为药物代谢鉴定研究提供了一种综合研究方法。     

植物代谢组学技术研究进展

 代谢组学对生物体或细胞中全部小分子代谢物进行定性、定量分析, 是继基因组学、蛋白组学之后又一门新兴的组学技术。植物代谢物在种类、含量、生理功能方面极具多样性, 因此植物代谢组学在代谢组学的研究中占据重要地位。植物代谢物是植物生理状态在代谢水平的反映, 从整体上研究植物代谢物的变化及其调控将为解析植物生长发育及其与环境因子的互作奠定基础。植物代谢组学已经被广泛的应用于代谢物积累模式及其遗传基础研究、代谢相关基因的鉴定及途径解析方面, 成为现代植物生物学研究中的热点领域之一。本文综述植物代谢组学分析技术的基本组成、发展状况及植物代谢组学应用于现代植物生物学研究的现状和趋势。     

拟南芥叶片衰老前后叶绿素降解代谢基因表达和酶积累的模式及其影响因素分析

由叶绿素降解引起的叶片衰老褪绿不仅是植物衰老最直观的性状，还是植物进行营养动员的关键事件。近年来，进入衰老窗口(senescence window)后的叶片中叶绿素降解代谢酶基因(Chl catabolic genes,CCGs)的表达调控已经得到了较为充分的研究，但在未衰老叶片中对CCGs表达模式的研究还鲜见报道。本研究中，我们分析了主要叶绿素降解代谢酶(Chl Catabolic Enzymes, CCEs)及其编码基因CCGs在自然衰老以及未衰老的拟南芥叶片中的表达模式。研究结果显示，在叶片自然衰老过程中，CCGs剧烈上调表达且CCEs蛋白逐渐累积，以催化衰老细胞中叶绿素的大量降解；值得注意的是，在长日照培养条件下，未衰老叶片中CCGs的表达存在显著的波动，其表达量在光照开启后开始上升，10:00～16:00之间达到峰值后逐渐下降。我们的分析显示，CCGs表达量的波动很有可能是光-暗交替导致的，与CCA1介导的节律信号没有明显的相关性。我们的研究结果提示，外界光信号对未衰老叶片中CCGs的表达调控起至关重要的作用。     

蓝莓铁代谢调控机制初探

蓝莓(Vaccium spp.,Vc)铁(Fe)吸收较为低效,易出现失绿症状,但相关机理仍不明确.通过水培实验,探究了蓝莓对缺Fe处理的生理响应和Fe代谢相关基因的表达模式变化,并将蓝莓Fe代谢相关的关键基因VcFER和VcIRT1遗传转化至拟南芥对应的同源基因突变体中,探讨其对Fe营养吸收调控的机理.结果表明:蓝莓缺...