对流采样和消除自由无效途径的非线性约束下的不同优化目标的施加
摘要：基于约束的建模在代谢网络分析中得到了广泛应用，例如生物合成预测和通量优化。线性算法可以对线性约束（如质量守恒约束、可逆性约束、生物容量约束）进行建模。然而，最近出现了一种基于第二热力学定律的非线性约束，被称为“循环定律”，它对现有算法提出了挑战。这种非线性约束被证明无法通过线性方法解决，但可以成功地应用于采样过程。在这篇论文中，采用了蒙特卡洛采样与Metroplis准则和模拟退火的方法，对方程娄干扰丝菌（iIT341 GSM/GPR）的基因组规模代谢网络进行Biomass合成的优化，同时考虑了质量守恒约束、生物容量约束和可逆性约束以及“循环定律”。该采样方法还被用于优化非线性目标函数——Biomass合成率，该合成率由可还原电子的总数统一定义。为了验证样本是否包含内部循环，提出了一种基于解一组不等式的自动解决方案。此外，本论文还提出了一种新型途径——无效途径（Futile Pathway），它具有三个特性：1）其质量流可以自我平衡；2）具有交换反应；3）与生物量合成无关。为了消除采样结果中无效途径的通量，建议使用基于线性规划的方法，并且结果显示，与生物量合成相关的途径中的反应通量之间的相关性得到了改善。
作者：Lu Xie, Yi Zhang
论文ID：0711.1193
分类：Other Quantitative Biology
分类简称：q-bio.OT
提交时间：2009-11-29