基因组规模代谢模型(GSMM)中流平衡分析(FBA)运算
因为前期走了挺多弯路的,在构建这块,没有变成这些基础,整个安装起来就有点困难,所以就分享以下我从安装到导入模型的一个过程,运算我是按照文献中的例子进行的,如果有不专业的地方,请毫不留情的告诉我。
前言:FBA是用于基因组规模代谢模型的一种算法,能够预测计算模拟环境下微生物的生长速率、代谢等。FBA是通过COBRAToolbox,基于MATLAB实现的,通过参考文献方法,本文对前期准备工作进行描述。
需要工具:MATLAB2018b;git-bash;Gurobi 9.0.3;CobraToolbox 3.0;WIN 11
参考文献:
[1] Heirendt L , Arreckx S , Pfau T , et al. Creation and analysis of biochemical constraint-based models: the COBRA Toolbox v3.0[J]. Nature Protocol, 2017, 14(3).
[2] Orth J D, Thiele I, Palsson B Ø. What is flux balance analysis?[J]. Nature biotechnology, 2010, 28(3): 245-248.
官方教程:https://opencobra.github.io/cobratoolbox/stable/installation.html#git
步骤流程:
1. MATLAB采用的是2018b,教程:https://zhuanlan.zhihu.com/p/378349402
2. 下载git-bash(这是由于Cobratoolbox是源代码,直接下载只能够下载当前分支,因此需要用git进行克隆,能够对历史信息进行存储,这样代码比较完整)
下载地址:https://git-scm.com/download/win
注意:安装过程有选项分支,请按照官方教程中的选择(图1)

安装完成后,键盘WIN+R,输入cmd,随后输入‘ git --version ’,出现版本号表示安装正确(如下图)。


2. 下载Cobratoolbox 3.0,下载地址:https://github.com/opencobra/cobratoolbox
如果github打不开,解决方法:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1747187797461817499&wfr=spider&for=pc

下载后解压得到cobratoolbox-master文件夹(最好是把相关文件放在一个文件夹里,最好英文命名,并且以后都不改了)
3. 选择Cobratoolbox所在的位置,右键创建GIT-BASH HERE,随后在命令框输入‘ git clone --depth=1 https://github.com/opencobra/cobratoolbox.git cobratoolbox ’,回车运行克隆(如下图),这个耗时会很久,但可以通过压缩的方式进行解决;
解决方法:https://blog.csdn.net/jacke121/article/details/113621811?spm=1001.2101.3001.6650.2&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-2-113621811-blog-123184844.pc_relevant_landingrelevant&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-2-113621811-blog-123184844.pc_relevant_landingrelevant&utm_relevant_index=5


4. 在matlba中运行FBA,需要Cobratoolbox和求解器(这里用的是Gurobi,还可以用cplex等,官方教程中也有说明,下载的时候注意版本要和MATLAB对应的上,前面安装的是2018b对应的Gurobi版本9.0.3),这一步下载Gurobi求解器。虽然Gurobi需要收费,但学生信息可以免费使用1年,需要使用邮箱申请(采用的是校园邮箱);其次gurobi需要在MATLAB中进一步的安装。
下载地址:https://www.gurobi.com/
许可申请:http://www.gurobi.cn/NewsView1.Asp?id=4
MATLAB中安装教程:https://mp.weixin.qq.com/s/3v4iWwZX1csT8S4QEZKVxQ

5. 在matlab中运行Cobratollbox。在前期工作的基础上,进入matlab,在命令行窗口中输入‘testAll’对所有的工具进行测试能够运行(时间很长)。
6. 输入“ intiCobratoolbox ”进行工具箱载入,每次操作都需要输入(如下图)。

7. 下载已有模型,地址:http://bigg.ucsd.edu/;需要是xml文件!这里用的是参考文献2中,补充例子用到的“e_coli_core.xml”

8. 导入模型,输入“model = readCbModel('e_coli_core.xml')”,模型即导入。这里需要注意,matlab所运行的文件夹与需要当前文件夹(放有模型的文件夹)一致,否则会出现找不到模型地址的情况!

PS:双击工作区的model可以出现详细信息,mets代表代谢物,rxns代表反应等,文献2中有详细标注。例子中的符号和model中的有些差异,注意根据实际model中的名字进行运算;退出软件后重新计算都需要输入‘intiCobraToolbox’初始化。

然后就可以按照文献的实例学习了