低度代谢物解释必需反应并增强生物网络中的模块化

近期，在识别生物体和基因与代谢网络层面的模块，以及识别对生物体必需的单个基因和反应方面，存在大量兴趣。计算与系统生物学的目标是超越识别，从特定结构或演化约束角度解释特定模块及必需基因和反应。在大肠杆菌、酿酒酵母和金黄色葡萄球菌的代谢网络中，我们识别出连接度低的代谢物，特别是那些仅由单一反应产生和/或消耗的代谢物。利用FBA我们还确定了这些代谢网络中生长必需的反应。我们发现这些网络中被识别为必需的大部分反应，恰是涉及低度代谢物产生或消耗的反应。对这些代谢网络应用图论方法，我们识别出这些低度代谢物的连通簇。大肠杆菌若干操纵子中所涉及的基因被正确预测为催化这些簇反应的酶基因。我们独立识别了通量完全相关的反应簇。我们发现后一类“功能簇”的组成也主要由各生物体中低度代谢物簇解释。我们的发现意味着，多数必需的代谢反应可被一个或多个低度代谢物标记。这些反应之所以必需，是因为它们是产生或消耗各自标记代谢物的唯一途径。此外，通量强相关的反应可被视为被这些低度代谢物“粘合”在一起。