一种估算约束基模型中代谢通量分布的新方法

一般而言，基于约束的代谢通量分析将代谢网络的可行通量构型空间描述为一个高维多面体，该多面体由线性约束定义，这些约束强制系统中每种化学物质的生产与消耗通量平衡。在某些情况下，可通过额外的优化降低解空间的复杂性；而在其他情况下，了解通量在多面体上的变化范围足以表征允许的构型。然而，在某些情形下，需要获取编码在可行通量于多面体上个体分布中的详尽信息。当多面体维数足够大时，获取此类分布已知是一项极具挑战性的计算任务，近年来开发具有成本效益的专用算法的问题已引起极大关注。在此，我们提出一种方法，能够以与网络中反应数量呈线性缩放的时间启发式地执行所需计算，从而克服了近年来所用类似技术的一些局限性。作为案例研究，我们将该方法应用于人红细胞代谢网络的分析，其解空间可通过不同的精确技术（如 Hit-and-Run Monte Carlo，其缩放比例大致为系统规模的三次方）进行采样。我们获得了关于可行反应通量真实分布的 remarkably accurate 估计，这表明尽管仍需进一步改进，但我们的方法增强了分析大型生化反应网络允许构型空间的能力。