基元模式分析在生物网络和途径分析中的应用.PDF

赵权宇 等/基元模式分析在生物网络和途径分析中的应用 701 生 物 工 程 学 报 Chinese Journal of Biotechnology June 25, 2013, 29(6): 701−715 /cjbcn ©2013 Chin J Biotech, All rights reserved 综 述 基元模式分析在生物网络和途径分析中的应用 赵权宇，于水燕，史吉平 中国科学院上海高等研究院 生物炼制实验室，上海 201210 赵权宇, 于水燕, 史吉平. 基元模式分析在生物网络和途径分析中的应用. 生物工程学报, 2013, 29(6): 701−715. Zhao QY, Yu SY, Shi JP. Applications of elementary mode in biological network and pathway analysis. Chin J Biotech, 2013, 29(6): 701−715. 摘 要: 基元模式分析是应用最广泛的代谢途径分析方法。基元模式分析的研究对象从代谢网络发展到信号 传导网络；研究尺度从细胞到生物反应器，甚至生态系统；数学描述从稳态分解到动态解析；研究领域从微生 物代谢到人类疾病。以下综述了基元模式分析的算法和软件开发现状，以及其在代谢途径与鲁棒性、代谢通量 分解、稳态代谢通量分析、动态模型与生物过程模拟、网络结构与调控、菌株设计和信号传导网络等方面的应 用。开发新的算法解决组合爆炸问题，探索基元模式与代谢调控的关系以及提高菌株设计算法效率是今后基元 模式的重要发展方向。 关键词: 基元模式，代谢网络，代谢通量，代谢途径 Applications of elementary mode analysis in biological network and pathway analysis Quanyu Zhao, Shuiyan Yu, and Jiping Shi Biorefinery Laboratory, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201210, China Abstract: Elementary mode analysis is the widely applied tool in metabolic pathway analysis. Studies based on elementary mode analysis (EMA) were performed for both metabolic network and signal transduction network. Its analytical objective is from cell to bioreactor, and even ecological system. EMA is available to describe biological behaviors by steady state and dynamic models. Not only microorganism metabolism but also human health could be Received: December 13, 2012; Accepted: January 28, 2013 Supported by: National Natural Science Foundation of China (No. , Shanghai Pujiang Project (No. 12PJ1408000), Shanghai Postdoctor