论文摘要
苏云金芽胞杆菌是目前世界上研究最多应用最广的杀虫微生物,但当前的研究主要集中在以还原论为指导思想的传统实验方法上。为了从系统水平上来描述、解释和预测苏云金芽胞杆菌细胞的功能和行为,加深对其细胞组织原则的理解,并最终用于指导菌种优选、发酵过程优化等,本文由基因组数据重建了苏云金芽胞杆菌的代谢网络,并从系统生物学的观点出发,分析了此代谢网络的整体拓扑结构、网络的模块化以及相关的代谢途径。代谢网络的重建是对其进行结构和功能分析的前提,本文首先从KEGG等相关数据库中获取苏云金芽胞杆菌的基因组与所有代谢途径信息,然后参照Ma和Zeng在KEGG代谢反应数据库基础上进行修正补充后得到的数据库并查阅相关文献对所得的网络进行必要的修正。最后,用节点表示代谢物,连线表示代谢物之间的反应,箭头表示反应的方向,即用代谢物图来表示所得的代谢网络。随后,本文根据复杂网络的蝴蝶结结构对苏云金芽胞杆菌代谢网络进行简化处理,通过对蝴蝶结的巨强连通体部分的研究,发现该部分包含了重要的生物学功能模块,其关键节点具备重要的生物学意义。并且从以下几个方面研究了该巨强连通体部分:1)平均路径长度,即任意两个结点能通过几条边的路径建立连接;2)结合度分布,也就是一个结点有k条边的概率P(k);3)鲁棒性,主要是研究网络的容错与抗攻击能力。结果表明该巨强连通体部分具备典型的“小世界”和“无标度”特征。此外,由于细胞网络是高度模块化的且具有与社会网络类似的模块化结构,为了进一步分析复杂代谢网络中蕴含的功能信息,使用模拟退火算法对巨强连通体部分进行了模块化分析,发现所得各模块大多具备一定的生物学意义。最后,本文使用极端途径方法对苏云金芽胞杆菌的聚羟基丁酸酯(PHB)代谢进行分析,发现了一组不同于传统实验方法所得到的PHB合成途径,有望为优化其合成过程提供理论指导。