通过热力学变分原理从外代谢组推断代谢表型

生化反应网络（如细胞代谢网络）通过与环境的交换通量维持在非平衡稳态。在大多数情况下，只需规定输入和输出通量，即可从最小质量平衡假设推导出可行的通量配置。本文研究从胞外代谢物水平推断胞内通量模式的问题。借助非平衡态热力学变分原理描述稳态网络，我们表明细胞从发酵表型向氧化表型的转变可用葡萄糖、乳酸、氧气和二氧化碳浓度来表征。在精确可解的玩具模型中获得的结果，在人类分解代谢的大规模重建中得到了完全重现。最后，我们认为，尽管该理论涉及诸多近似，但现有多种人类细胞类型的数据均能被该问题所预测的表型图谱很好地描述。