代謝工程的途徑分析與優(yōu)化

內(nèi)容概要

功能基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展，為解決生物技術(shù)中的眾多迫切問(wèn)題搭建了一個(gè)平臺(tái)。對(duì)生物體的基因和代謝途徑進(jìn)行方便的目的性操作，與計(jì)算能力的空前提高相結(jié)合，為生物技術(shù)的新領(lǐng)域——代謝工程的發(fā)展打開(kāi)了方便之門。這個(gè)新興的研究領(lǐng)域以代謝途徑和基因網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，最終的目標(biāo)則是最優(yōu)化?！　”緯?shū)原著由代謝工程領(lǐng)域從事多年研究工作的國(guó)外專家撰寫，是劍橋大學(xué)的權(quán)威參考書(shū)之一，現(xiàn)在由國(guó)內(nèi)從事相關(guān)工作的學(xué)者翻譯成中文。系統(tǒng)介紹代謝工程的建模方法與優(yōu)化技術(shù)，檢驗(yàn)了代謝途徑操作的研發(fā)策略，驗(yàn)證了系統(tǒng)模型有效的必要性，討論了模型的設(shè)計(jì)和分析，重點(diǎn)則是在優(yōu)化上。作者還闡述了生化系統(tǒng)理論中的冪定律模型和方法，由基本原理導(dǎo)出概念，匯集了大量的圖片與研究實(shí)例?！　”緯?shū)的讀者首推生物工程、生化工程、發(fā)酵工程、生物科學(xué)和生物技術(shù)等專業(yè)的高年級(jí)本科學(xué)生和研究生，可以成為他們了解代謝工程和從事相關(guān)研究時(shí)的參考書(shū)或教材，也可供從事代謝工程研究的相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者閱讀和參考。

書(shū)籍目錄

1　目標(biāo)——實(shí)用模型　1.1 模型選擇的標(biāo)準(zhǔn)　1.2 生物化學(xué)過(guò)程模型　　1.2.1 熱力學(xué)　　1.2.2 動(dòng)力學(xué)　　1.2.3 Michaelis?Menten速度定律　　1.2.4 化學(xué)計(jì)量系統(tǒng)　　1.2.5 簡(jiǎn)化的表達(dá)　　1.2.6 波德分析　　1.2.7 冪定律近似法　　1.2.8 S系統(tǒng)　　1.2.9 綜合質(zhì)量作用系統(tǒng)　　1.2.10 代謝控制分析　　1.2.11 豐富的結(jié)構(gòu)　1.3 總結(jié)　1.4 參考文獻(xiàn)2 生化系統(tǒng)理論方法　2.1 模型設(shè)計(jì)　2.2 生化系統(tǒng)理論中的方程設(shè)計(jì)　2.3 參數(shù)估計(jì)　　2.3.1 基于流量的估計(jì)　　2.3.2 根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)估算　2.4 動(dòng)態(tài)分析　　2.4.1 系統(tǒng)特征的變化　　2.4.2 蒙特卡羅模擬　2.5 穩(wěn)態(tài)分析　2.6 穩(wěn)定性分析　2.7 評(píng)價(jià)和說(shuō)明　2.8 參考文獻(xiàn)3 黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸模型　3.1 引言　3.2 檸檬酸基本的化學(xué)及生物化學(xué)性質(zhì)　3.3 基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型　　3.3.1 質(zhì)量平衡和S系統(tǒng)方程　　3.3.2 參數(shù)估計(jì)和S系統(tǒng)表示法　　3.3.3 基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型　　3.3.4 穩(wěn)態(tài)　　3.3.5 局部穩(wěn)定性　　3.3.6 魯棒性　　3.3.7 動(dòng)態(tài)行為　　3.3.8 最初模型的局限性和缺點(diǎn)　3.4 修訂模型　　3.4.1 新的過(guò)程和生化數(shù)據(jù)　　3.4.2 質(zhì)量平衡和S系統(tǒng)方程　　3.4.3 局部穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)的描述　　3.4.4 魯棒性　3.5 修訂模型的性能評(píng)價(jià)　3.6 附錄——修訂模型中約束條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式　3.7 參考文獻(xiàn)4 優(yōu)化方法　4.1 解析方法　　4.1.1 單變量函數(shù)的極值點(diǎn)　　4.1.2 單變量非線性函數(shù)極值點(diǎn)的解析計(jì)算　　4.1.3 多變量非線性函數(shù)極值點(diǎn)的解析計(jì)算　　4.1.4 約束非線性函數(shù)的優(yōu)化　4.2 搜索算法　　4.2.1 單變量函數(shù)　　4.2.2 多變量非線性函數(shù)的搜索　　4.2.3 遺傳算法　4.3 參考文獻(xiàn)5 生化系統(tǒng)的優(yōu)化　……6　黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸的優(yōu)化7　用釀酒酵母生產(chǎn)乙醇的最大化8　結(jié)論人名索引主題索引

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　前言　　如果說(shuō)上世紀(jì)90年代是分子生物學(xué)時(shí)代的話，隨著人類基因組計(jì)劃的完成，21世紀(jì)前10年就是將新知識(shí)用于解決醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、農(nóng)學(xué)領(lǐng)域以及生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中存在的緊迫問(wèn)題的時(shí)代。隨著生物功能基因組學(xué)以及對(duì)生物基因組成有目的處理的研究取得進(jìn)展，加上史無(wú)前例的計(jì)算機(jī)應(yīng)用與普及，生物技術(shù)的一個(gè)新的分支——代謝工程產(chǎn)生了。代謝工程為我們描繪了一個(gè)不同的研究前景，提供了一種嶄新的思維方式。它不僅側(cè)重于有機(jī)體生物操縱的新工具研究上，而且強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的、綜合的方式深入理解代謝途徑。　　代謝工程是一門交叉學(xué)科，它植根于分子生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、化學(xué)工程、生物技術(shù)、數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)分析等諸多學(xué)科之中，其研究對(duì)象通常是微生物中的代謝途徑和基因網(wǎng)絡(luò)，研究目標(biāo)是優(yōu)化目的代謝物的產(chǎn)率。在工業(yè)規(guī)模上調(diào)控培養(yǎng)微生物以生產(chǎn)能源（如酒精）、有機(jī)溶劑、膠質(zhì)和色素。食品工業(yè)在很大程度上依賴于防腐劑，如檸檬酸，而目前微生物生產(chǎn)檸檬酸的產(chǎn)量已達(dá)每年幾十萬(wàn)噸。醫(yī)藥工業(yè)利用微生物生產(chǎn)維生素、氨基酸、脂類、酶和抗生素的前體?！　〈x工程由兩部分組成：一是研究控制生物代謝途徑的策略；二是將這些策略引入到實(shí)際的生物技術(shù)領(lǐng)域。本書(shū)側(cè)重于策略部分，并未討論分子生物學(xué)和生物技術(shù)的重大研究進(jìn)展，但它們能使代謝途徑的控制策略研究更有意義。關(guān)于專一性地改變生物基因或基因組的組成的許多新選擇，現(xiàn)代生物學(xué)的無(wú)限可能性，發(fā)酵技術(shù)和化學(xué)過(guò)程控制等內(nèi)容超出了我們?cè)诒緯?shū)中所論述的范圍?！　”緯?shū)的大部分內(nèi)容將直接或間接地討論應(yīng)用于代謝網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方法。當(dāng)然，無(wú)論是優(yōu)化方法的發(fā)展還是代謝網(wǎng)絡(luò)研究都不是新事物，但是將一種特定的慣用方法應(yīng)用于其他領(lǐng)域直到大約十年前還不多見(jiàn)。在發(fā)酵技術(shù)發(fā)展的初期，微生物發(fā)酵單位的提高是通過(guò)化學(xué)誘變篩選最適菌株來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化和培養(yǎng)基的更新，誘變和篩選策略非常富有成效，經(jīng)常會(huì)將原始母株的產(chǎn)率提高百倍以上。然而，近年來(lái)已研究成熟的系統(tǒng)，如乙醇和檸檬酸的生產(chǎn)開(kāi)始出現(xiàn)停滯趨勢(shì)，誘變?篩選的普通方式在許多方面已明顯地陷于僵局。在逐步去掉代謝途徑中的主要限制瓶頸方面，上述策略已暴露出不足之處?！　∶鎸?duì)這種情況，一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的代謝工程研究者將注意力轉(zhuǎn)移到更深入地探究包含目標(biāo)產(chǎn)物合成的生化過(guò)程的機(jī)理上。起初鎖定了一些特定的生化步驟或運(yùn)送步驟，它們似乎限制了微生物的生產(chǎn)過(guò)程，但不久便意識(shí)到對(duì)代謝途徑應(yīng)有全面的認(rèn)識(shí)。這種認(rèn)識(shí)應(yīng)考慮到綜合途徑或下一步要走的步驟以及代謝網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橐粋€(gè)途徑的改變經(jīng)常會(huì)直接或間接影響到其他途徑。如果一種微生物用高于正常量的NAD+生產(chǎn)乙醇，NAD+的需求量增大，那NAD+就有可能由其他途徑來(lái)滿足。因而代謝工程的研究主題便成為人們?nèi)绾问褂煤线m的動(dòng)力學(xué)信息來(lái)使物質(zhì)流向終端目標(biāo)產(chǎn)物，而不影響其他途徑以及微生物的活力?！　∨迕复俜磻?yīng)、單個(gè)途徑和集成的代謝網(wǎng)絡(luò)之間的復(fù)雜聯(lián)系，需要使用數(shù)學(xué)和計(jì)算方法。數(shù)學(xué)使多成分系統(tǒng)的管理簡(jiǎn)易化，并能定量描述過(guò)程，這是單靠人腦無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。有效的計(jì)算工具必須依賴于數(shù)學(xué)表達(dá)和數(shù)學(xué)分析理論方面的進(jìn)步。就在幾十年前，真實(shí)代謝體系的數(shù)學(xué)分析是不可行甚至不可能的，因?yàn)榉匠探獠怀鰜?lái)。雖然計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力每18個(gè)月翻一番，但我們?nèi)匀粵](méi)有把握在合理的時(shí)間內(nèi)得到每一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題的數(shù)值解，這就意味著選擇“好”的數(shù)學(xué)表達(dá)和有效的分析方法是一個(gè)重要的問(wèn)題。例如，理論上非線性回歸和尋找非線性體系中的最大值是很清楚的，然而，大型計(jì)算機(jī)和最好的軟件都不能給出迅速、滿意的答案?！　∮?jì)算方面的這些挑戰(zhàn)與代謝途徑的分析和優(yōu)化有著特殊的關(guān)系，因?yàn)榇x途徑包括許多底物、中間代謝物、產(chǎn)物、酶、輔助因子和調(diào)節(jié)因子，而且酶促反應(yīng)步驟具有非線性的特征，即排除了簡(jiǎn)單的縮放效應(yīng)。例如，許多反應(yīng)在底物濃度低時(shí)進(jìn)行得很快，而在底物濃度高時(shí)趨于飽和。激活劑和抑制劑以非線性的方式影響反應(yīng)，可能會(huì)導(dǎo)致衰減或增強(qiáng)式振蕩、穩(wěn)定的限制環(huán)或混沌狀態(tài)。這些現(xiàn)象都已在生物體系中發(fā)現(xiàn)過(guò)，因此，代謝體系合理的數(shù)學(xué)描述應(yīng)該可以解釋這些問(wèn)題。由此可見(jiàn)，如果我們的目標(biāo)是在真實(shí)條件下優(yōu)化一些通量或代謝物，那么顯然我們將面對(duì)著非線性問(wèn)題?！　”娝苤?，非線性體系的優(yōu)化是非常困難的，但是代謝工程研究者已經(jīng)確定了一些方式來(lái)減小甚至避免非線性問(wèn)題。經(jīng)過(guò)上一段落簡(jiǎn)單的討論后，有人可能認(rèn)為這種嘗試是無(wú)用的或是方向錯(cuò)誤的。然而，這種推論是不完善的。通過(guò)關(guān)注代謝網(wǎng)絡(luò)的特殊性質(zhì)，并使用漸進(jìn)的逼近方法，不同研究小組的成員已經(jīng)建立了兩種線性解決方案，每一種都有許多擴(kuò)展及普適性。其中一種方案基于代謝網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)計(jì)量學(xué)，它研究的通量特征是單個(gè)代謝物的形成及降解。在穩(wěn)態(tài)下，即所有代謝物濃度恒定，進(jìn)入的通量和輸出的通量絕對(duì)平衡時(shí)，化學(xué)計(jì)量法可得到一個(gè)矩陣代數(shù)法易于分析的線性體系。除了純粹的化學(xué)計(jì)量平衡外，化學(xué)計(jì)量法可以擴(kuò)展到包括生理學(xué)、物理化學(xué)和熱力學(xué)等在內(nèi)的、生物體必須滿足的約束條件；其他擴(kuò)展包括研究代謝網(wǎng)絡(luò)中假設(shè)途徑的特征以及選擇性地變更代謝路線和重新分配流量的可行性。非常重要的是，化學(xué)計(jì)量體系的線性特性允許將這種方法放大到任意尺度?！　』瘜W(xué)計(jì)量法或多或少地忽略了控制酶促反應(yīng)步驟的非線性問(wèn)題。一方面，可能會(huì)為線性和無(wú)限制性尺度等優(yōu)點(diǎn)而付出代價(jià)；另一方面，必須搞清楚在何種程度上可以忽略途徑的調(diào)節(jié)特征，顯然這種特征是存在的，并且經(jīng)常導(dǎo)致其他體系作出反映，而不是非調(diào)節(jié)體系。一種方案是基于一種所謂“生化系統(tǒng)理論（Biochemical Systems Theory，BST）”的模型框架基礎(chǔ)上，完全承認(rèn)非線性，然而最終解決的是線性優(yōu)化問(wèn)題。這種理論的特點(diǎn)是速率法則與具有冪函數(shù)乘積特點(diǎn)的其他過(guò)程的逼近。數(shù)學(xué)上，這種類型的表達(dá)非常方便，并基于多項(xiàng)式近似函數(shù)的泰勒（Taylor）理論，進(jìn)而在控制工程的Bode分析和生物學(xué)的異速生長(zhǎng)法則（the laws of allometry）中也能找到理論支持。異速生長(zhǎng)法則廣泛存在于生物學(xué)領(lǐng)域，從生物化學(xué)和生理學(xué)水平到生物生長(zhǎng)和種群生物學(xué)現(xiàn)象。冪定律也出現(xiàn)在基礎(chǔ)化學(xué)動(dòng)力學(xué)中，而且再次表明可以很好地表達(dá)完整的生物體內(nèi)的細(xì)胞過(guò)程。　　在這本書(shū)中，我們提出冪函數(shù)逼近法和BST法作為代謝工程中途徑分析和優(yōu)化的工具。用BST法進(jìn)行途徑分析始于19世紀(jì)60年代末，已成功地應(yīng)用于包括生物學(xué)和生物技術(shù)在內(nèi)的許多現(xiàn)象的分析。優(yōu)化方面的成功應(yīng)用就更近了，關(guān)于此方面的第一篇文章發(fā)表于1992年。如前所述，許多優(yōu)化方面的工作帶有理論或預(yù)測(cè)的性質(zhì)，但是近年來(lái)在文獻(xiàn)中已開(kāi)始出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)道，來(lái)驗(yàn)證基于BST法優(yōu)化的預(yù)期值?！　∽鳛橐婚T高度交叉的前沿學(xué)科，代謝工程需要如下幾種領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)：生物學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算科學(xué)和工程學(xué)。這種廣博的知識(shí)面對(duì)本書(shū)內(nèi)容的恰當(dāng)表述提出了挑戰(zhàn)，我們希望沒(méi)幾個(gè)讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)本書(shū)的一些章節(jié)太簡(jiǎn)單或太難。和生物學(xué)家們的合作使我們決定以一個(gè)非常感興趣的生物學(xué)家的心態(tài)來(lái)寫這本書(shū)，而且這個(gè)生物學(xué)家應(yīng)具備一些基本的計(jì)算能力，或至少不應(yīng)害怕不熟悉的符號(hào)或術(shù)語(yǔ)。當(dāng)然，我們也希望本書(shū)能吸引對(duì)代謝工程感興趣的其他科學(xué)家和工程師。訓(xùn)練有素的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些關(guān)于優(yōu)化方法的材料，完整而不瑣碎，然后便可以自己決定快速瀏覽或跳過(guò)這些章節(jié)。　　我們按如下方式對(duì)本書(shū)進(jìn)行了編排：第1章討論了尋找實(shí)用模型。當(dāng)我們想分析和優(yōu)化途徑時(shí)要尋找什么？我們的選擇是什么？如何區(qū)分一個(gè)有用模型和一個(gè)應(yīng)用數(shù)學(xué)中的純數(shù)學(xué)習(xí)題？本章描述了一些已建立的和最近正在建立的生化和代謝網(wǎng)絡(luò)的策略，并探討了這些模型對(duì)完成代謝工程任務(wù)的適用程度。　　第2章回顧了BST的主要特點(diǎn)和方法，概述模型設(shè)計(jì)的過(guò)程，討論了應(yīng)該包括哪些因素，簡(jiǎn)化假設(shè)到何種程度是合理和必要的。模型設(shè)計(jì)的第一步是建立象征性的模型，接下來(lái)從實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)中獲取信息，給參數(shù)賦值。一旦數(shù)值化模型建立起來(lái)，接下來(lái)便開(kāi)始系列化分析?；驈?qiáng)調(diào)穩(wěn)態(tài)下模型的性質(zhì)，或評(píng)估模型的剛性和穩(wěn)定性，或檢驗(yàn)微擾或結(jié)構(gòu)變化時(shí)其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。　　第3章將模型設(shè)計(jì)和分析方法應(yīng)用于相關(guān)的特定途徑中，即用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸。本章從模型構(gòu)建開(kāi)始，但最終證實(shí)該模型并不令人滿意。我們認(rèn)為這種“失敗的嘗試”是有益的，因?yàn)樗从沉四Ｐ偷恼鎸?shí)性，這在文獻(xiàn)中很難見(jiàn)到。更進(jìn)一步講，即使最初的模型不符合實(shí)際應(yīng)用，它所容納的好的或壞的結(jié)果也可以為修正模型提供線索。好的結(jié)果告訴我們哪些信息和模型結(jié)構(gòu)應(yīng)被保留；壞的結(jié)果同樣重要，它們指明了原始模型的問(wèn)題所在，對(duì)原始模型的診斷結(jié)果可為改進(jìn)模型的修正過(guò)程提供指導(dǎo)。實(shí)際上，建模過(guò)程是設(shè)計(jì)、分析、解釋的多次反復(fù)，也難免發(fā)現(xiàn)所考察現(xiàn)象的某些方面沒(méi)有引起足夠的重視。第3章僅列舉了兩個(gè)模型，但它們應(yīng)該足以說(shuō)明修改或更新模型的過(guò)程?！　〉?章為后續(xù)章節(jié)要討論的代謝網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化作準(zhǔn)備。本章始于優(yōu)化基礎(chǔ)，討論了單變量函數(shù)中最大值和最小值的確定。大部分讀者都能想起這個(gè)題目在大學(xué)甚至高中數(shù)學(xué)課上講授過(guò)，之所以在此提及是因?yàn)槎嘧兞亢瘮?shù)的最大值和最小值的確定原則非常相似，因此大系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題應(yīng)該是直接計(jì)算的延展。然而，理論研究表明，如何快速克服大網(wǎng)絡(luò)實(shí)際優(yōu)化問(wèn)題的障礙是至關(guān)重要的。作為理論方法的一種選擇，第4章介紹了大的非線性體系數(shù)值優(yōu)化的概念。詮釋這些概念的算法應(yīng)在假設(shè)條件下解決任何尺度的問(wèn)題，但是實(shí)踐又一次顯示了非線性系統(tǒng)的挑戰(zhàn)性?！　×钊烁吲d的是，這些問(wèn)題在第5章被簡(jiǎn)化。第4章列出了所有復(fù)雜因素后，本章解釋了如何用線性方法優(yōu)化代謝體系。最后，化學(xué)計(jì)量法和BST法都能歸結(jié)為約束優(yōu)化問(wèn)題，也就是人們熟知的線性規(guī)劃問(wèn)題。線性規(guī)劃問(wèn)題可用數(shù)學(xué)軟件解決，但討論計(jì)算的細(xì)節(jié)并不是本章的目的。取而代之的是讀者應(yīng)該為線性規(guī)劃的概念建立一種感覺(jué)，或者參考描述數(shù)學(xué)和計(jì)算詳情的大量文獻(xiàn)，或者信服有效的方法或軟件，本章闡述了線性規(guī)劃的內(nèi)容，特別強(qiáng)調(diào)了與代謝工程相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件?！　∮辛说?章的生化系統(tǒng)理論作基礎(chǔ)，至少?gòu)牡?章中得到了對(duì)線性規(guī)劃的粗淺認(rèn)識(shí)后，第6章描述了檸檬酸途徑的整體優(yōu)化，這在第3章已討論過(guò)。本章源于合適的目標(biāo)函數(shù)，詳細(xì)討論了代謝物和通量的約束條件以及代謝負(fù)擔(dān)問(wèn)題，并分析了不同條件下獲得的各種結(jié)果，也涉及實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。　　第7章論述了第二個(gè)詳細(xì)的例子——糖酵解途徑，并為此提出了不同的優(yōu)化任務(wù)。首先，乙醇得率為優(yōu)化目標(biāo)，但接下來(lái)，同樣的體系被用來(lái)進(jìn)行甘油和糖生產(chǎn)的優(yōu)化。本章進(jìn)一步討論了同時(shí)完成多種經(jīng)常對(duì)立的任務(wù)的優(yōu)化方法。起初，兩個(gè)任務(wù)以一定的方式重新組合，仍然允許包含兩個(gè)任務(wù)的單獨(dú)目標(biāo)的優(yōu)化，這種策略及其結(jié)果將同一個(gè)真正的多目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行比較?！　∽詈笠徽略噲D預(yù)測(cè)代謝工程中途徑分析與優(yōu)化的前景。現(xiàn)代基因組分析技術(shù)似乎很明顯會(huì)對(duì)代謝工程產(chǎn)生巨大影響。本章從途徑分析和優(yōu)化的角度指出這些技術(shù)將如何發(fā)揮作用?！　≡S多人幫助我們完成了這本書(shū)，如果忽略了那些直接給予我們極大幫助的人，那我們就是不負(fù)責(zé)任的。下列人士為我們提供了很有價(jià)值的反饋和評(píng)論，在此對(duì)他們表示誠(chéng)摯的謝意：Fernando Alvarez?Vasquez， Julio Avila， Julio Banga， Agnieszka Bronowska， Carlos M. Gónz?lez?Alcón， W. Chip Hood， Alberto Mar ín?Sanguino， Kellie Sims和Julio Vera?！　∑渌S多人也為我們提供了全力支持，他們開(kāi)闊了我們的思維，激發(fā)著我們的創(chuàng)作熱情，進(jìn)而形成了本書(shū)的觀點(diǎn)。謝謝！　　　　序言　　代謝工程是伴隨著生物技術(shù)和計(jì)算科學(xué)的發(fā)展而形成的，20世紀(jì)80年代逐漸形成了代謝工程的理論和方法，其后隨著基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的蓬勃發(fā)展，代謝工程的研究進(jìn)入了一個(gè)新的水平，并逐漸成為系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分。代謝工程是在全面了解細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化胞內(nèi)物質(zhì)流、能量流和信息流的分布，通過(guò)基因工程的手段改變限制細(xì)胞代謝的關(guān)鍵途徑，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品的最優(yōu)化生產(chǎn)，因此代謝工程在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域占有非常重要的地位。　　《代謝工程的途徑分析與優(yōu)化》是一本介紹代謝工程理論與方法的入門性著作，其內(nèi)容包括模型建立、分析與優(yōu)化方法、最大化生產(chǎn)等，并以檸檬酸和乙醇生產(chǎn)為例加以說(shuō)明。該書(shū)最大的特點(diǎn)是通俗易懂，讓讀者盡快理解并掌握代謝工程的基本原理和方法。對(duì)于具備生物知識(shí)背景的讀者來(lái)說(shuō)，本書(shū)不會(huì)讓您對(duì)晦澀、枯燥、深?yuàn)W的數(shù)學(xué)推理或者公式感到難堪，因?yàn)樗鼪](méi)有使用過(guò)多的數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的生物現(xiàn)象不難理解，所以比較容易掌握相關(guān)的內(nèi)容。而對(duì)于非生物專業(yè)的讀者來(lái)說(shuō)，比如數(shù)學(xué)專業(yè)的朋友，大可不必為看不懂復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)（代謝途徑）和分子式而煩惱，本書(shū)列舉的代謝網(wǎng)絡(luò)不是很多，并且往往比較簡(jiǎn)單，從中能體會(huì)到如何將熟悉的數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生物領(lǐng)域。對(duì)代謝工程感興趣的科技工作者、學(xué)生和工程技術(shù)人員都會(huì)從本書(shū)中受到啟發(fā)，對(duì)各自的工作有所幫助?！　”緯?shū)的翻譯工作是由大連理工大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)院生物科學(xué)與工程系的部分師生共同努力完成的，下列碩士生和博士生參與了各章的翻譯工作：吳媛媛（第1章）；張杰（第2章）；李錚（第3章）；王冰（第4章）；秦海娜（第5章）；于沈晶（第6章）；王輝、高新亮（第7章）；牟英（第8章）；孫亞琴老師負(fù)責(zé)對(duì)全書(shū)的詞匯索引、符號(hào)說(shuō)明和圖表的翻譯整理工作，在此對(duì)他們付出的辛勤勞動(dòng)表示衷心的感謝！　　由于譯者水平有限、時(shí)間也比較倉(cāng)促，加之對(duì)其中部分內(nèi)容缺乏科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，錯(cuò)誤之處在所難免，歡迎讀者批評(píng)指正。希望本書(shū)的翻譯和出版能夠?yàn)槲覈?guó)代謝工程的科研和教學(xué)以及相關(guān)生物技術(shù)的發(fā)展提供有益的參考?！　∽g者　　2005年3月于大連

編輯推薦

　　功能基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展，為解決生物技術(shù)中的眾多迫切問(wèn)題搭建了一個(gè)平臺(tái)。對(duì)生物體的基因和代謝途徑進(jìn)行方便的目的性操作，與計(jì)算能力的空前提高相結(jié)合，為生物技術(shù)的新領(lǐng)域——代謝工程的發(fā)展打開(kāi)了方便之門。這個(gè)新興的研究領(lǐng)域以代謝途徑和基因網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，最終的目標(biāo)則是最優(yōu)化。

圖書(shū)封面

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