摘要：构建高产高附加值产品的微生物细胞工厂是代谢工程的研究目标之一,设计高效的产品合成途径是实现这一目标的重要方式。不同微生物底盘因其代谢能力有所差异,故而可以利用的底物和生产的产品范围有限。为了扩大其生产能力,需要进行代谢途径从无到有的设计。传统代谢工程基于经验进行异源途径设计的方式低效且无法确保结果的全面性,而系统生物学技术的蓬勃发展,为途径设计提供了新的方法。异源代谢途径设计方法主要包括基于图论的途径设计和基于约束优化的途径设计,这些方法利用包含丰富代谢反应信息的数据库,通过图论搜索策略或约束算法,计算出多条产品合成途径,进而筛选出最优途径指导菌株改造。本文将对途径设计所依赖的数据库、途径设计算法及其在代谢工程中的应用进行详细介绍,并讨论现有算法在实际应用中存在的不足和挑战,为研究者选择不同方法进行产品合成途径设计提供指导。

摘要：使用图论方法对基因组尺度代谢网络进行途径搜索是目前途径设计中最常用的方法之一。然而,由于流通代谢物(如H^(+)、H_(2)O、CO_(2)和ATP等)的影响,图论搜索得到的途径在生物学上经常是不可行的。虽然前人提出了一些方法对流通代谢物进行处理,但均存在一些问题,目前还没有标准的处理方法。文中基于流通代谢物在反应中作为转移磷酸等功能基团转移载体的特性,提出了一种对流通代谢物成对处理的方法,并将其按照其在功能基团转移中发挥的作用进行优先级排序,以保证每个反应都有对应的代谢物连接,进而通过程序实现自动化处理。与已有其他方法处理结果的比较表明,这种流通代谢物成对排序处理的方法可以排除掉生物学不可行的途径,从而提高途径搜索的准确性,为利用图论方法进行途径设计和可视化提供更好的支撑。