通过局部化无环约束的应用加速基因组尺度代谢模型中的通量平衡计算
分子网络
2017-11-15 v1
摘要
背景：基因组尺度代谢网络模型与基于约束的建模技术已成为分析细胞代谢的重要工具。常会遇到导致无界代谢通量范围的热力学不可行循环（TICs）。TICs 满足质量平衡与方向性约束，但违背热力学第二定律。当前做法涉及实施额外约束，以确保不仅是最优的而且是无环的通量分布。然而，求解所需的混合整数线性规划问题对于基因组尺度代谢模型在计算上变得难以处理。结果：我们旨在确定在无环要求下足以保证最优性的最少约束。我们发现，仅对与属于目标函数的反应共享表示 TICs 的初等通量模式的反应需要无环约束。我们提出了局部化无环约束（LLCs）的概念，以强制实施这一最少所需的无环约束集合。通过结合一种用于最小零空间计算的新程序，无环通量变异分析的计算时间相比原始无环约束减少了 10–150 倍，相比当前最快的方法 Fast-SNP 减少了 4–20 倍，且百分比改进随模型规模增大而增加。重要的是，LLCs 为非常大尺寸（例如 >10^4 个反应）的多隔室/多生物模型提供了此前不可行的可扩展无环通量计算策略。Matlab 函数可在 https://github.com/maranasgroup/lll-FVA 获取。
引用
@article{arxiv.1711.04084,
title = {Accelerating flux balance calculations in genome-scale metabolic models by localizing the application of loopless constraints},
author = {Siu Hung Joshua Chan and Lin Wang and Satyakam Dash and Costas D. Maranas},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.04084},
year = {2017}
}
备注
Manuscript + SI Methods