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如何用FBA找到微生物产生工业化学品的最佳路径？
在生物化学领域，通量平衡分析（FBA）是一种模拟细胞或单细胞生物（如大肠杆菌或酵母菌）代谢的数学方法。透过基因组范围内的代谢网路重建，FBA能详述一种生物体内的所有生化反应，并计算在特定条件下的代谢通量。在当今的生物科技界，FBA成为寻找微生物产生工业化学品的有效工具，能系统性地识别医药或工业上重要的产品生成的最佳路径。
FBA为代谢背景建模提供了更高效、更精简的方法，因为它所需的输入数据量远低于传统方法。
FBA的基本原理
通量平衡分析以代谢网络的化学反应作为依据，并且假设系统处于稳态，即产物和消耗之间的速率达到平衡，随着时间变化保持不变。在这一假设下，可以将代谢过程简化为一组线性方程，并通过线性规划方法求得最佳的代谢通量分布。
FBA的历史背景
FBA的方法最早可以追溯到1980年代，当时研究者Papoutsakis展示了使用代谢图构建通量平衡方程的可能性，并且Watson进一步提出了利用线性规划解决途径通量的想法。此后的研究进一步推广了这一方法在生物工程方面的应用。
FBA的应用
FBA已在生物过程工程中广泛应用，如透过系统性地找到微生物代谢网路中的潜在修改，以提高如酒精、苏酸等工业化学品的产量。这一方法不仅在增产方面具有重要意义，还能为癌症及致病微生物的药物靶点识别提供支撑。
借助FBA，我们能够建立模型，以预测在不同环境中微生物的增长和产品生成。
通量分析技术
在FBA中，反应删除和扰动研究是探索特定反应在整个代谢网络中的关键性的一种常用技术。例如，单一反应的删除可帮助确定哪些反应对生物量生成至关重要。而进一步研究双反应的删除，则能协助识别多靶点药物的潜力。
生长介质的优化
通过使用表型相位平面分析（PhPP），FBA能反复应用于模型中，调整养分的摄取约束，从而优化生长介质以增强微生物的增长率及产物分泌，以满足工业需求。
未来展望
随着科技发展和计算能力的提高，FBA将在微生物代谢工程中的作用日益增强。它不仅局限于当前的应用，还有潜力在新几代生物技术研究中发挥关键作用，尤其是在设计新的生物合成路径和生技产物上。
究竟FBA能如何提前预测并优化微生物的产物生成潜力，进一步推动工业化学品的生产发展呢?
