申请/专利权人：北京大学

申请日：2024-01-09

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN117831608A

主分类号：G16B5/00

分类号：G16B5/00;G16B35/00;G16B40/00;G06N3/0464;G06N3/047;G06N3/048;G06N3/082

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.23#实质审查的生效;2024.04.05#公开

摘要：本发明提供了一种人工微生物群落从头设计方法、装置、设备及存储介质，涉及微生物群落设计技术领域。该方法包括：构建得到大规模微生物对应的基因组规模代谢网络模型GEM候选池，基于设计目标确定底物和产物，以广度优先搜索的方式从该GEM候选池中识别具有生物意义的生物合成或降解途径，鉴定微生物是否具有从底物到若干个衔接物最终到产物的部分或完整通路；再定量推断单一微生物及微生物群落的最大化代谢目标效率时的稳态代谢通量分布，筛选出高生长、高代谢目标效率的候选微生物群落；最后利用深度学习算法预测候选微生物群落的共现概率，最终实现从大规模候选微生物池中从头设计满足预设功能目标物质的高效生产或降解的人工微生物群落。

主权项：1.一种人工微生物群落从头设计方法，其特征在于，所述方法包括：构建大规模微生物对应的基因组规模代谢网络模型GEM候选池；基于人工微生物群落的设计目标确定至少一个底物和至少一个产物；人工微生物群落的设计目标包括底物降解或者产物生产，在所述人工微生物群落的设计目标为底物降解的情况下，所述至少一个底物为所需降解的目标底物，所述至少一个产物为所述目标底物能够基于一系列代谢反应生成的生成物，在所述人工微生物群落的设计目标为产物生产的情况下，所述至少一个产物为所需生产的目标产物，所述至少一个底物为能够基于一系列代谢反应生成所述目标产物的反应物；针对每一个底物到对应产物的反应通路：基于所述微生物GEM候选池筛选具有从所述底物到若干个衔接物最终到所述产物的部分通路或者完整通路的第一候选GEM；基于所述第一候选GEM在不低于99％的最大化生长量条件下最大化代谢目标效率并最小化通量总和时的稳态代谢通量分布，筛选出高生长、高代谢目标效率的第二候选GEM；基于所述第二候选GEM，组合得到从每一个底物到若干个衔接物最终到对应产物的完整通路，确定出多个第二候选GEM的组合作为候选微生物群落，并通过确定候选微生物群落在不低于99％的最大化生长量条件下最大化代谢目标效率并最小化通量总和的稳态代谢通量分布，筛选高生长、高代谢目标效率的第三候选GEM，作为候选微生物群落；基于预先训练的微生物共现概率预测模型，预测所述候选微生物群落的共现概率，所述微生物共现概率预测模型是基于共现群落和互斥群落训练得到的；基于预测得到的候选微生物群落的共现概率和候选微生物群落的最大化代谢目标效率，确定人工微生物群落；其中，在所述人工微生物群落的设计目标为底物降解的情况下，所述代谢目标为目标底物降解或衔接物降解，在所述人工微生物群落的设计目标为产物生产的情况下，所述代谢目标为目标产物生产或衔接物生产。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京大学 人工微生物群落从头设计方法、装置、设备及存储介质

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