流平衡分析(FBA)

流平衡分析(FBA)

Flux Balance Analysis
本文参考流平衡分析简介

流 (flux)

流就是代谢网络中化学反应的反应速率
在稳态下,各代谢物浓度不变,反应速率满足一定的分布(流分布)
分子类型转化流指单位时间内的转化量

平衡

平衡就是约束
约束来自两个方面:

  • 基本物理规律的约束,物质不灭,能量守恒等
  • 边界条件的约束,底物的供应量(上限),产物的生成量(下限)等

因此流平衡分析又称为基于约束的模型(constraint-based model)

线性规划问题

流平衡分析即线性规划问题(linear programming),在限制条件下求最优解
线性规划算法详解
Matlab线性规划实例
优化目标:

  • 生长最快(生物量biomass最大)
  • 某代谢物(ATP、次级代谢物)产量最大或最小(致死)

应用

生长速率模拟预测
次生代谢产物最大化
微生物致死的研究(抗生素研发)
动植物特定组织或发育过程中特定阶段的代谢分析等

流程

构建代谢网络
把代谢网络表示成计量学矩阵
基于稳态假设,根据物料平衡,得到线性方程组(即约束条件)
定义优化目标(函数)
求解约束下的优化问题,得到流分布和相应的目标值

图片来自文献:What is flux balance analysis? 2010

此处补充:线性代数笔记2——向量(向量简介)

示例

流平衡分析(FBA)_第1张图片

经典文献(里程碑)

FBA模型的提出(AEM-Varma1994)
DFBA模型的提出(BioPhysiJ-Mahadevan2002)
MOMA模型的提出(PNAS-Segre2002)
M_DFBA模型的提出(MSB-Luo2006)
idFBA模型的提出(PlosCB-Lee2008)

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