如何将流量比设置为约束？

Question

在一些数据集中，我有时观察到固定的磁通比，我想把它纳入我的模拟。我怎么能在CBMPy上做到这一点？

例如，我有来自这里的模型，现在希望将琥珀酸外流和丙酮酸外流的比例限制为2.0。我知道如何限制个人的反应：

import cbmpy

# downloaded from http://bigg.ucsd.edu/models/e_coli_core
ecoli = cbmpy.CBRead.readSBML3FBC('e_coli_core.xml')

ecoli.setReactionBounds('R_EX_pyr_e', 1.0, 1000.0)
ecoli.setReactionBounds('R_EX_succ_e', 2.0, 1000.0)

# solve the model
cbmpy.doFBA(ecoli)

# get all reaction values
solution = ecoli.getReactionValues()
print(solution['R_EX_pyr_e'])
print(solution['R_EX_succ_e'])

对于这种情况，比率是正确的，但我如何添加它作为一个约束，它将满足所有的条件？

Answer 1

在(FBA)中，这确实是一种常见的方法，您可以使用函数addUserConstraint来实现这一点。

整个代码示例可能如下所示(解释如下)：

import cbmpy as cbm

# downloaded from http://bigg.ucsd.edu/models/e_coli_core
ecoli = cbm.CBRead.readSBML3FBC('e_coli_core.xml')

# make a clone of the original model
ecoli_ratio = ecoli.clone()

# add the desired user constraint; explanation follows below
ecoli_ratio.addUserConstraint("pyr_succ_ratio", fluxes=[(1.0, 'R_EX_pyr_e' ),(-0.5, 'R_EX_succ_e')], operator='=', rhs=0.0)

# now we have to set only one flux bound; if you think it is naturally excreted, this step is not needed
ecoli_ratio.setReactionBounds('R_EX_succ_e', 4.0, cbm.INF)

cbm.doFBA(ecoli_ratio)
solution = ecoli_ratio.getReactionValues()
print("{}: {}".format("succinate excretion rate", solution['R_EX_succ_e']))
print("{}: {}".format("pyruvate excretion rate", solution['R_EX_pyr_e']))

这个会打印出来

succinate excretion rate: 4.0
pyruvate excretion rate: 2.0

正如您所看到的，比率是2.0，如所需。

更详细的解释：

约束是

J_succ / J_pyr = 2.0

可以重写到

J_succ = 2.0 J_pyr

最后

J_pyr - 0.5 J_succ = 0

这正是我们传递给fluxes in addUserConstraint的方法

fluxes=[(1.0, 'R_EX_pyr_e' ),(-0.5, 'R_EX_succ_e')], operator='=', rhs=0.0)

您可以通过打印来检查用户定义的约束：

print(ecoli_ratio.user_constraints)
{'pyr_succ_ratio': {'operator': 'E', 'rhs': 0.0, 'fluxes': [(1.0, 'R_EX_pyr_e'), (-0.5, 'R_EX_succ_e')]}}

由于这是一个字典，所以只需执行以下操作就可以删除约束：

del ecoli_ratio.user_constraints['pyr_succ_ratio']
print(ecoli_ratio.user_constraints)
{}

但是，我强烈建议每次您对模型进行重大更改时都创建一个克隆体。