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第一阶段:构建高保真地图(网络拓扑重构)
如果按照陈志华教授之前的路子,无非是照搬加州大学圣地亚哥分校的伯恩哈德·帕尔森教授那一套。
帕尔森是系统生物学的教父级人物,他提出的“基於约束的模型”
以及核心的通量平衡分析法(fba),统治了该领域整整二十年。
那是一套成熟的工业標准:把细胞看作一个只会加减法的化工厂,利用化学计量矩阵的零空间来推算代谢通量。
这种方法就像是在不知道交通规则的情况下,仅凭进出城的车辆总数来推测城內的交通状况。
这套方法虽然稳健,但它有一个致命的缺陷——它假设细胞永远处於“稳態”
。
但在真实的生命活动中,稳態只是瞬间,动態才是永恆。
“太粗糙了。”
徐辰看著白板上画出的简单节点图,眉头紧锁,“那是牛顿时代的线性思维。
细胞不是简单的流水线,它是一个充满了各种『小动作的复杂网络。”
传统的图论把反应简化为“二元关係”
,也就是点对点的,这在生物学上根本行不通。
比如一个最简单的生化反应:a+b→c+d。
这是一个酶同时催化两个底物,生成两个產物。
这在数学上不是一条线,而是一个复杂的“结”
。
如果用普通图论表示,就会丟失掉a与b必须“同时”
存在才能反应这一关键的协同信息。
“普通的『图表达不了这种复杂性……”
徐辰揉了揉发胀的太阳穴,白板上已经被他擦得黑乎乎一片。
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他尝试了二分图,尝试了petri网,但总觉得差点意思。
直到他引入了“有向超图”
的概念。
在超图理论中,一条边可以连接任意数量的节点,完美契合了生化反应中多底物、多產物的特性。
笔锋游走,他將代谢网络重构为一系列“超边”
的集合。
每一个反应,不再是两个点之间的连线,而是一个包含多个顶点的集合。
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