代谢网络中的通路敲除和冗余

复杂细胞网络的鲁棒性和稳定性通常归因于组件的冗余,包括基因,酶和途径。 冗余度的估计仍然是系统生物学中的一个悬而未决的问题。 当前用于测量冗余的理论工具在提供代谢网络的全面描述方面具有各种优点和缺点。 特别地,缺乏有效的措施来涵盖不同的扰动情况。 在这里,我们提出了一种基于基本通量模式(EFM)分析的代谢基因网络中冗余度定量改进方法的通路剔除算法。 提议的冗余度量基于在无干扰状态下敲除一个EFM后剩余EFM的平均比率。 我们用四个示例系统演示了我们的算法克服了先前措施的局限性,并提供了有关有针对性攻击情况下冗余性的其他信息。 此外,我们通过均值场分析比较了现有的酶敲除方法和途径敲除算法,该方法提供了两种敲除后剩余EFM的平均比率的数学表达式。 我们的结果证明,用于评估冗余度的多重酶基因敲除并不总是比单一酶基因敲除产生更多的信息。 确实,通路敲除考虑了结构不对称性的其他影响。 在大肠埃希氏菌和人肝细胞中氨基酸代谢的代谢网络以及人红细胞中的中央代谢中,我们验证了均值场解并证明了信号通路敲除算法的能力。 此外,在大肠杆菌模型中,分别研究了两个合成氨基酸的子网络,这些氨基酸对人体来说是必不可少