代謝工程主要利用基因重組技術(shù)對細(xì)胞代謝途徑進(jìn)行有目的的改造,從而改善細(xì)胞的代謝特性,實現(xiàn)特定目標(biāo)產(chǎn)物的高效生產(chǎn)。通量平衡分析(FBA)是代謝工程常用的理論分析方法,但目前只能求出一組最優(yōu)代謝路徑,如何得到所有可行最優(yōu)代謝路徑引起人們的高度關(guān)注。針對混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)算法求解所有最優(yōu)可行解時搜索范圍過大造成計算時間較長的問題,本文結(jié)合通量可變性分析(FVA),對MILP進(jìn)行了改進(jìn),分別對不同規(guī)模的克雷伯氏桿菌轉(zhuǎn)化甘油為1,3-丙二醇(1,3-PD)的碳中心代謝網(wǎng)絡(luò)和基因組代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了最優(yōu)可行路徑分析,以期對菌種的基因工程改造提供理論支持。本文主要研究內(nèi)容如下:首先結(jié)合通量可變性分析,將得到反應(yīng)通量最小值可能為零的集合作為約束改進(jìn)MILP算法,縮小了變量搜索范圍,采用GAMS軟件進(jìn)行編程求解。根據(jù)大腸桿菌的簡化代謝網(wǎng)絡(luò),分別利用MILP和改進(jìn)MILP算法得到丙酮酸激酶缺乏的所有替代最優(yōu)解,并與文獻(xiàn)中的最優(yōu)可行解進(jìn)行了比較,驗證了算法的準(zhǔn)確性和可行性。然后根據(jù)克雷伯氏桿菌碳中心代謝網(wǎng)絡(luò),分別建立了微氧和厭氧下克雷伯氏桿菌的改進(jìn)MILP模型,得到不同氧氣消耗下的所有最優(yōu)可行代謝路徑...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 代謝工程簡介
    1.2 代謝網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展
        1.2.1 代謝網(wǎng)絡(luò)概述
        1.2.2 基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建
        1.2.3 克雷伯氏桿菌基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)的介紹
    1.3 代謝網(wǎng)絡(luò)分析方法
        1.3.1 代謝控制分析
        1.3.2 代謝通量分析
        1.3.3 代謝路徑分析
        1.3.4 通量平衡分析
    1.4 微生物發(fā)酵產(chǎn)1,3-丙二醇研究進(jìn)展
        1.4.1 1 ,3-丙二醇的物化性質(zhì)和主要用途
        1.4.2 微生物發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的優(yōu)點
        1.4.3 甘油生物轉(zhuǎn)化為1,3-丙二醇的菌株
        1.4.4 克雷伯氏桿菌生產(chǎn)1,3-丙二醇代謝工程的研究進(jìn)展
    1.5 本課題研究的目的、意義和內(nèi)容
        1.5.1 本課題研究的目的和意義
        1.5.2 本課題研究的內(nèi)容
2 混合整數(shù)線性規(guī)劃算法的改進(jìn)
    2.1 引言
    2.2 算法的介紹
        2.2.1 線性規(guī)劃最優(yōu)值的求解
        2.2.2 混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)
        2.2.3 改進(jìn)的混合整數(shù)線性規(guī)劃
    2.3 改進(jìn)混合整數(shù)線性規(guī)劃算法的應(yīng)用
    2.4 本章小結(jié)
3 克雷伯氏桿菌碳中心代謝網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)可行代謝路徑的分析
    3.1 引言
    3.2 微氧下最優(yōu)可行代謝路徑分析
        3.2.1 微氧代謝網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建
        3.2.2 微氧代謝網(wǎng)絡(luò)通量平衡模型的建立
        3.2.3 微氧下最優(yōu)可行代謝路徑分析
    3.3 厭氧下最優(yōu)可行代謝路徑分析
        3.3.1 厭氧代謝網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建
        3.3.2 厭氧代謝網(wǎng)絡(luò)通量平衡模型的建立
        3.3.3 厭氧下最優(yōu)可行代謝路徑分析
    3.4 本章小結(jié)
4 克雷伯氏桿菌基因組代謝網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)可行代謝路徑分析
    4.1 引言
    4.2 基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型的簡化與算法
    4.3 基因組代謝網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)可行代謝路徑分析
        4.3.1 生物量對最優(yōu)可行代謝路徑的影響
        4.3.2 最優(yōu)可行代謝路徑的節(jié)點分析
        4.3.3 最優(yōu)可行代謝路徑的ATP分析
        4.3.4 氧氣對最優(yōu)可行代謝路徑的影響
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
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本文編號：3750337