预测基因组缩减模型细菌代谢中结构胁迫的影响

我们通过追踪有害扰动后损伤在肺炎支原体（一种基因组缩减模型细菌）代谢网络上的传播，计算机模拟研究了结构胁迫的影响。首先，我们分析了从单个反应和反应对扩散的失效级联，并将结果与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行了比较。为了警示单个反应失效可能造成的潜在损伤，我们提出了一种基于局部信息的通用预测器，用于识别结构脆弱性的靶标反应。关于反应对同时失效的情况，我们检测到强烈的非线性放大效应，这些效应可以通过单个级联交集中的特定模体来预测。我们进一步通过酶活性将肺炎支原体的代谢网络和基因共表达网络联系起来，并研究了敲除单个基因和基因簇的后果。单个基因敲除造成的损伤揭示了基因组规模大影响级联与基因必需性之间的强相关性。同时，我们发现控制高损伤反应的基因倾向于在功能隔离中运作，作为一种代谢保护机制。我们得出结论，肺炎支原体的架构，无论是在代谢层面还是基因组层面，似乎都朝着增强结构鲁棒性的方向进化，与其他更复杂的模型细菌生物类似，尽管其基因组大小缩减且代谢网络线性度更高。我们的方法虽然基于生化动机，但具有足够的通用性，可潜在用于分析和预测任何二分复杂网络中的结构胁迫传播。