本发明专利技术公开了一种基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其包括搭建酶约束模型模块、搭建热力学约束模型模块、整合转录调控网络模块和模型代谢流分析模块，本发明专利技术基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统基于matlabGUI，开发了基因组代谢网络模型多约束的搭建和模型分析的可视化软件系统，使得用户无需下载和修改源代码，只需要点击软件中的按钮，根据弹窗提示，输入要求的参数或文件，就可方便快捷地搭建模型，并且软件提供了模型分析工具，用户可以对搭建的模型进行分析验证。同时，经过生长实验，基因敲除，通量变异性分析等验证，证明模型预测精度有效提高。证明模型预测精度有效提高。证明模型预测精度有效提高。
【技术实现步骤摘要】
基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统及装置
[0001]本专利技术涉及基因工程
，特别涉及一种基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统及装置。
技术介绍
[0002]在工业微生物的代谢生产中，传统的随机突变和代谢途径改造已不能满足当今工业生产的需要。目前，基于已知全局细胞调控机制的系统代谢工程已成为微生物发展的可靠技术手段，其中的基因组规模代谢网络模型(GSMM)成为系统揭示代谢调控的重要工具。自1999年首个流感嗜血杆菌RD的GSMM 报道以来，已有六千余种细菌构建了GSMM。近二十年来，GSMM在模型构建、预测精度、应用领域等方面取得了长足的进步，研究人员开发了一系列软件和工具包来自动构建GSMM，大大加快了GSMM标准化重构的进程，显着提高了模型的质量。此外，研究人员根据实际工业生产需要，开发了FBA、 optForce、optKnock等功能，用于代谢流的各种调控分析。同时，为符合实际菌株生长代谢状态，研究人员开发了多种组学融合和分析技术平台，基于 GSMM开发了各种约束条件，整合多个组学数据，扩大了GSMM的应用范围，使其更全面地分析微生物细胞生长的各种调控机制。
[0003]GUI是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面，将用户、终端、环境进行系统总体设计，优化产品性能，设计人性化，方便快捷的操作方式。在搭建GSMM时需要调用多种函数，并针对不同情况需要修改代码，成为研究搭建模型的一大难题。与计算机命令行界面相比，图形方式的GUI界面操作更简洁，减轻用户的认知负担，更适合用户的操作需求。
[0004]枯草芽孢杆菌是一种广泛应用于工业生产多种蛋白质和酶的革兰氏阳性菌株，由于其繁殖速度快，营养要求低，安全无毒，具有高效分泌系统等优势，枯草芽孢杆菌一直是广泛科学研究和工业生产的重要菌株。随着基因组测序的发展，枯草芽孢杆菌GSMM已经发表了多个模型用于核黄素、异丁醇、丁二醇等产物的合成，但尚未搭建基于多约束的综合代谢网络模型，全面探究枯草芽孢杆菌代谢调控机制。
[0005]目前基因组代谢网络模型的搭建和分析工作都需要使用matlab、python、 C++等编程语言，并且源代码的获取、修改、兼容性和应用成为不精通编程语言的科研工作者的一大难题。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种操作简单方便、预测精度高的基于 GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，所述基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统包括：
[0008]搭建酶约束模型模块，用于：
[0009]生成菌株KEGGID可编辑文本框，并依据KEGG的API函数定义KEGG 数据库下载函数对目标菌株的基因组信息进行下载；
[0010]接收目标菌株的ID号，并在KEGG数据库中进行比对；若比对成功，则从KEGG数据库和uniprot数据库下载目标菌株酶学数据，并整合搭建成酶学数据库；
[0011]读取目标菌株的基因组代谢网络模型，并进行格式转换；
[0012]将目标菌株的基因组代谢网络模型与酶学数据库进行匹配，并搭建酶约束模型。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，KEGG数据库下载函数包括读取菌株信息、获取KEGGAPI地址和编辑下载数据格式。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述目标菌株的基因组代谢网络模型的格式为 excel表格数据。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述读取目标菌株的基因组代谢网络模型，并进行格式转换，包括：通过模型导入函数读取excel表格数据，并通过修改模型格式函数生成模型反应可逆性列表，将模型格式从excel表格数据转换为mat 格式。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述将目标菌株的基因组代谢网络模型与酶学数据库进行匹配，并搭建酶约束模型，包括：
[0017]将目标菌株的基因组代谢网络模型中反应的酶号与酶学数据库中的所有酶数据进行匹配，进行以酶动力学为依据的模型反应方程式的分解，并添加酶学性质的目标反应，整合匹配的酶数据，合并模型的反应方程式，以搭建酶约束模型。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述接收目标菌株的ID号，并在KEGG数据库中进行比对；若比对不成功，则报错并提示重新输入。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统还包括：
[0020]搭建热力学约束模型模块，用于：
[0021]生成Cplex path可编辑文本框，将Cplex路径添加到matlab环境变量中；
[0022]定义模型输入函数，将模型从excel格式转换为mat格式，并转换模型中代谢物格式；
[0023]定义搭建模型热力学约束模型函数，包括自动导入ReactionDB反应热力学数据库，模型中反应与热力学数据匹配，搭建热力学约束模型。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统还包括：
[0025]整合转录调控网络模块，用于：
[0026]定义搭建转录调控数据库函数，包括导入目标菌株基因表达数据与模型，匹配转录调控数据，搭建模型的转录调控数据库，导出转录调控数据库到目标路径；
[0027]定义转录因子扰动下模型代谢流分析函数，包括调用Gurobi求解器，导入搭建的转录调控数据库，求解转录调控下模型通量平衡分析，以xlsx格式导出求解结果。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统还包括：
[0029]模型代谢流分析模块，用于：
[0030]生成模型目标方程可编辑文本框，允许用户输入模型不同目标函数；
[0031]生成输入反应可编辑文本框，允许用户输入模型不同输入反应；
[0032]生成输入约束可编辑文本框，允许用户输入模型不同输入约束；
[0033]定义通量平衡分析函数，包括对模型输入的上述参数进行修改，调用CobraToolbox中optimizeCbModel函数求解通量变化，生物量计算结果以弹窗形式导出，模型所有反应的计算结果以xlsx形式导出到目标路径；
[0034]定义通量变异性分析函数，包括对模型输入的上述参数进行修改，调用CobraToolbox中fluxVariability函数求解通量范围变化，模型所有反应通量范围的计算结果以xlsx形式导出到目标路径。
[0035]本专利技术还提供了一种基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析装置，其载有上述任一所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统。
[0036]本专利技术的有益效果：
[0037]本专利技术基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统基于matlabGUI，开发了基因组代谢网络模型多约束的搭建和模型分析的可视化软件系统，使得用户无需下载本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，包括：搭建酶约束模型模块，用于：生成菌株KEGGID可编辑文本框，并依据KEGG的API函数定义KEGG数据库下载函数对目标菌株的基因组信息进行下载；接收目标菌株的ID号，并在KEGG数据库中进行比对；若比对成功，则从KEGG数据库和uniprot数据库下载目标菌株酶学数据，并整合搭建成酶学数据库；读取目标菌株的基因组代谢网络模型，并进行格式转换；将目标菌株的基因组代谢网络模型与酶学数据库进行匹配，并搭建酶约束模型。2.如权利要求1所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，KEGG数据库下载函数包括读取菌株信息、获取KEGGAPI地址和编辑下载数据格式。3.如权利要求1所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，所述目标菌株的基因组代谢网络模型的格式为excel表格数据。4.如权利要求3所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，所述读取目标菌株的基因组代谢网络模型，并进行格式转换，包括：通过模型导入函数读取excel表格数据，并通过修改模型格式函数生成模型反应可逆性列表，将模型格式从excel表格数据转换为mat格式。5.如权利要求1所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，所述将目标菌株的基因组代谢网络模型与酶学数据库进行匹配，并搭建酶约束模型，包括：将目标菌株的基因组代谢网络模型中反应的酶号与酶学数据库中的所有酶数据进行匹配，进行以酶动力学为依据的模型反应方程式的分解，并添加酶学性质的目标反应，整合匹配的酶数据，合并模型的反应方程式，以搭建酶约束模型。6.如权利要求1所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，所述接收目标菌株的ID号，并在KEGG数据库中进行比对；若比对不成功，则报错并提示重新输入。7.如权利要求1所述的基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统，其特征在于，所述基于GUI界面的基因组代谢网络模型构建分析系统还包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙，陈坚，吕雪芹，堵国成，李江华，刘延峰，毕心宇，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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