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如何用FBA找到微生物產生工業化學品的最佳路徑？
在生物化學領域，通量平衡分析（FBA）是一種模擬細胞或單細胞生物（如大腸桿菌或酵母菌）代謝的數學方法。透過基因組範圍內的代謝網路重建，FBA能詳述一種生物體內的所有生化反應，並計算在特定條件下的代謝通量。在當今的生物科技界，FBA成為尋找微生物產生工業化學品的有效工具，能系統性地識別醫藥或工業上重要的產品生成的最佳路徑。
FBA為代謝背景建模提供了更高效、更精簡的方法，因為它所需的輸入數據量遠低於傳統方法。
FBA的基本原理
通量平衡分析以代謝網絡的化學反應作為依據，並且假設系統處於穩態，即產物和消耗之間的速率達到平衡，隨著時間變化保持不變。在這一假設下，可以將代謝過程簡化為一組線性方程，並通過線性規劃方法求得最佳的代謝通量分布。
FBA的歷史背景
FBA的方法最早可以追溯到1980年代，當時研究者Papoutsakis展示了使用代謝圖構建通量平衡方程的可能性，並且Watson進一步提出了利用線性規劃解決途徑通量的想法。此後的研究進一步推廣了這一方法在生物工程方面的應用。
FBA的應用
FBA已在生物過程工程中廣泛應用，如透過系統性地找到微生物代謝網路中的潛在修改，以提高如酒精、蘇酸等工業化學品的產量。這一方法不僅在增產方面具有重要意義，還能為癌症及致病微生物的藥物靶點識別提供支撐。
借助FBA，我們能夠建立模型，以預測在不同環境中微生物的增長和產品生成。
通量分析技術
在FBA中，反應刪除和擾動研究是探索特定反應在整個代謝網絡中的關鍵性的一種常用技術。例如，單一反應的刪除可幫助確定哪些反應對生物量生成至關重要。而進一步研究雙反應的刪除，則能協助識別多靶點藥物的潛力。
生長介質的優化
通過使用表型相位平面分析（PhPP），FBA能反复應用於模型中，調整養分的攝取約束，從而優化生長介質以增強微生物的增長率及產物分泌，以滿足工業需求。
未來展望
隨著科技發展和計算能力的提高，FBA將在微生物代謝工程中的作用日益增強。它不僅局限於當前的應用，還有潛力在新幾代生物技術研究中發揮關鍵作用，尤其是在設計新的生物合成路徑和生技產物上。
究竟FBA能如何提前預測並優化微生物的產物生成潛力，進一步推動工業化學品的生產發展呢?
