代谢网络中嵌套蝴蝶结的层次模块化

探索基于基因组的大规模代谢网络的结构拓扑与组织原则，对研究代谢网络结构与功能间的可能关系至关重要。图模型的拓扑分析常用于研究复杂代谢网络的结构特征。本工作从拓扑视角考察75个生物的代谢网络。三种微生物（大肠杆菌 Escherichia coli、嗜热网球菌 Aeropyrum pernix 和酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae）的网络分解显示，几乎所有子网络均呈现与全局代谢网络高度相似的模块化蝴蝶结拓扑模式。此外，这些小蝴蝶结层次嵌套于更大者中，并集体整合入大代谢网络，且此模块化的关键特征在随机重排网络中未观察到。另外，此类蝴蝶结模式似存在于某些化学隔离的功能模块与空间分离模块中，包括碳水化合物代谢、胞质与线粒体。高度模块化的蝴蝶结模式出现于代谢网络不同层级与尺度，及不同化学与空间模块中，可能是进化过程而非随机意外的结果。识别并分析此类模式有助于理解设计原则并促进代谢网络建模。