如何从零开始在cbmpy中建立基因组尺度代谢模型？

Question

因此，上一个问题显然没有明智地提出。以下是改写后的原始问题：

我计划从任何方面构建一个新的GSMM (也就是说，我需要一个空模型，0 reaction/metabolite/compartment/GPR/annotation，，但是工具箱将接受一个合适的模型结构)。

我曾使用Matlab和COBRA工具箱，但最近改为Python和cbmpy工具箱。我知道如何通过COBRA在Matlab中创建模型结构，但不知道如何使用cbmpy在python中创建模型结构。我真的不熟悉cmbpy的功能，我在这里寻求帮助。

有一些方法可以满足我的需要：

1. 最愚蠢的方法是:读取一个现有模型并删除它的所有内容。

输入cbmpy作为cbmpy= cbm.CBRead.readSBML3FBC('example.xml')，用于mod.getSpeciesIds()：mod.deleteSpecies( ri，also_delete = 'reaction')中的ri

类似地，不同的函数以“mod.delete.”开头。会把所有的东西都清理干净。最终你会有一个干净的空模型。

1. 按照Cleb的建议，我查看了源代码并找到了我需要的函数。

将cbmpy输入为cbmpy= cbm.CBModel.Model('Name') mod.createSpecies('M_a_c'，boundary=False，value=float('nan')，name='AA'，boundary=False=‘c’，charge=None，化学公式=‘C2H2O2’) mod.createSpecies('M_b_c'，boundary=False，value=float('nan')，名称=‘BB’，boundary=False=‘c’，charge=None，化学公式=‘CHO’mod.createReaction('R_AB'，reversible=False) mod.createReactionReagent('R_AB'，'M_a_c'，‘M_a_c’，-1.0) mod.createReactionReagent('R_AB'，'M_b_c',2)

然后创建一个ID为“Name”的模型对象。如果你找到了正确的函数，这是一个非常简单的问题，它的答案非常简单。之后，你可以逐步添加反应/代谢物/等，并指定客观反应。当然，直接使用cbm.CBModelTools.quickDefaultBuild也是可能的，但是您需要准备必要的论据来添加反应/物种/边界/目标。

Answer 1

虽然您确实可以像您所描述的那样构建一个模型，但使用起来可能更容易(也更干净)。

cbm.CBModelTools.quickDefaultBuild

我将向您展示如何将其用于一个非常不言自明的最小示例：

import cbmpy as cbm


def define_new_model():

    model_name = 'my_great_model'

    reactions = {
        'R01': {'id': 'R01', 'reversible': True, 'reagents': [(-1., 'A'), (1., 'A_ext')], 'SUBSYSTEM': ''},
        'R02': {'id': 'R02', 'reversible': True, 'reagents': [(-1., 'B'), (1., 'B_ext')], 'SUBSYSTEM': '',
                'GENE_ASSOCIATION': '(gene_1 or gene_2)'},
        'R_EX_A': {'id': 'R_EX_A', 'reversible': True, 'reagents': [(1., 'A_b'), (-1., 'A_ext')], 'SUBSYSTEM': ''},
        'R_EX_B': {'id': 'R_EX_B', 'reversible': True, 'reagents': [(1., 'B_b'), (-1., 'B_ext')], 'SUBSYSTEM': ''},
        'R_biomass': {'id': 'R_biomass', 'reversible': False, 'reagents': [(-1., 'A'), (-1., 'B')], 'SUBSYSTEM': ''}
    }

    species = {
        'A': {'id': 'A', 'boundary': False, 'SUBSYSTEM': 'C1'},
        'B': {'id': 'B', 'boundary': False, 'SUBSYSTEM': 'C1'},
        'A_ext': {'id': 'A_ext', 'boundary': False, 'SUBSYSTEM': 'C0'},
        'B_ext': {'id': 'B_ext', 'boundary': False, 'SUBSYSTEM': 'C0'},
        'A_b': {'id': 'A_b', 'boundary': True, 'SUBSYSTEM': ''},
        'B_b': {'id': 'B_b', 'boundary': True, 'SUBSYSTEM': ''},
    }

    bounds = {'R_EX_A': {'lower': -1., 'upper': 0.},
              'R_EX_B': {'lower': -1., 'upper': 0.}}

    objective_function = {'objMaxJ1': {'id': 'biomass_obj1',
                                       'flux': 'R_biomass',
                                       'coefficient': 1,
                                       'sense': 'Maximize',
                                       'active': True}}

    return model_name, reactions, species, bounds, objective_function


model_def = define_new_model()

mod = cbm.CBModelTools.quickDefaultBuild(*model_def)

现在你可以打电话了

mod.getReactionIds()
['R01', 'R02', 'R_EX_A', 'R_EX_B', 'R_biomass']

和

mod.getSpeciesIds()
['A', 'A_b', 'A_ext', 'B', 'B_b', 'B_ext']

和

mod.getBoundarySpeciesIds()
['A_b', 'B_b']

你也可以模拟模型

cbm.doFBA(mod)
analyzeModel objective value: 1.0

当您查找为reaction R02定义的基因时，您将看到一个空列表：

mod.getGeneIds()
[]

你得先打电话

mod.createGeneAssociationsFromAnnotations()

哪种指纹

INFO: used key(s) '['GENE_ASSOCIATION']'
INFO: Added 2 new genes and 1 associations to model

然后

mod.getGeneIds()

会给出预期的结果

['gene_1', 'gene_2']

以及

mod.getGPRforReaction('R02').getAssociationStr()

回传

'((gene_1 or gene_2))'

我强烈建议使用这种方法，因为如果您想要更改模型定义，以后更容易阅读和编辑。

如果要添加进一步的注释，可以检查this question。