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《中国科学技术大学》 2010年
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面向多细胞生物代谢网络重构系统的设计与应用研究

余齐文  
【摘要】: 代谢网络重构是一个把生物系统中参与代谢活动相关的基因、蛋白质、酶、反应和代谢物质进行鉴别、分类和互联以形成一个代谢网络的过程,它从综合整体的角度对生物体的代谢网络进行构造和分析。 针对现有代谢网络重构工具的现状和不足,本文在已有的微生物代谢网络重构系统的基础上,设计并实现了一个面向多细胞生物的代谢网络重构系统MCMNRS(Multi-Cell Metabolic Network Reconstruction System)。该系统能够从基因标注文件、蛋白质表达数据或者基因芯片数据出发,高效、自动地重构微生物和多细胞生物的代谢网络。本文的主要工作包括: (1)在已有工作的基础上,通过对酶名字和基因产物名字进行特征分析,设计和实现了一种基于混合分词匹配的酶鉴定算法,进行了最优参数选择,并且通过与PathoLogic算法的实验对比验证了该算法具有良好的效率和很高的适用性。 (2)设计了MCMNRS的系统架构,完成了其输入数据处理模块、大规模网络重构模块以及代谢网络分析模块的设计和实现,完善了数据库信息提取模块和标准网络重构模块,并且将各模块集成为一个完整的面向多细胞生物的代谢网络重构系统。 (3)根据基因标注文件重构了大鼠、小家鼠、家犬和野马等哺乳动物的代谢网络,并分析了这些代谢网络的基因鉴别率、网络中酶的分布情况以及各类酶的底物特异性。 (4)根据基因芯片数据重构了小家鼠12个组织细胞表达的代谢网络,进行了网络特异性分析发现了这些组织的特异代谢反应,并且依据网络距离、网络反应关系矩阵、网络特异反应关系矩阵等三种方式对这些代谢网络进行了聚类分析。 目前,MCMNRS已经从基因标注文件出发重构了超过60种微生物和多种哺乳动物的代谢网络,并且根据生物组织细胞的蛋白质表达数据或者基因芯片数据重构了多个组织表达的代谢网络,取得了较好的效果。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q493

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