[发明专利]生物可获得的预测工具

说明书

本发明提供用于预测在宿主生物中产生靶分子的可行性的系统及方法。获得用于所述宿主的开始代谢物集及反应集。包含于经过滤反应集中的是指示为通过一或多个对应催化剂催化的所述反应，所述一或多个对应催化剂本身指示为有可能可用于在所述宿主生物中催化所述反应。在每一处理步骤中，依照所述经过滤反应集的所述反应，处理表示所述开始代谢物及在先前处理步骤中生成的代谢物的数据，以生成表示一或多个可行靶分子的数据。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张对2017年2月15日申请的第62/459,558号美国临时申请案的优先权，所述美国申请案以其全文应用方式并入本文中。

政府利益声明

本发明在美国政府的支持下依据由DARPA授予的第HR0011-15-9-0014号协议进行。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明大体上涉及改进微生物的基因工程设计的方法，且特定来说，涉及通过在无需大量人工干预的情况下识别可在特定微生物中产生的分子集来改进微生物的基因工程设计借此促成例如宿主选择及途径工程设计的过程的方法。

背景技术

化学家及材料科学家采用合成生物学修饰宿主生物(例如，细菌、酵母或真菌)的基因组以产生所期望化学品。然而，可产生哪些化学品作为微生物中的生物量的部分存在限制。一般来说，会面临确定在无需大量人工干预可通过基因组修饰生成的最大可能的化学品库的问题。此类化学品在本文应称为“生物可获得的”化学品、分子或代谢物。

最先进的生物化学生成技术可大致分为两类：

1)存在被充分理解的靶分子或代谢途径-化学品生产集中于此特定途径，且试图迫使此途径中的化学品可用。

2)尝试以计算方式预测可通过使用已知代谢反应的子集及通过所述子集进行简单跟踪来制造哪些分子。

这些方法容易出错，部分导致十分高的假阳性率。需要在给定一组约束的情况下更准确地预测宿主生物能够在生物学上生成的化学品的方法。

发明内容

本发明提供一种用于以克服常规技术的缺点的方式预测可行靶分子的生物可获得的预测工具。特定来说，本发明的生物可获得的预测工具预测特定于指定宿主生物的可行靶分子。

本发明的实施例的生物可获得的预测工具获得指定宿主生物的开始代谢物的开始代谢物集。在实施例中，开始代谢物集指定核心代谢物，核心代谢物包含由至少一个数据库指示为由未经工程设计的宿主在指定条件下产生的代谢物。在实施例中，宿主尚未经受基因组修饰。

在实施例中，生物可获得的预测工具获得指定反应的开始反应集。在实施例中，工具将来自开始反应集的在至少一个数据库中指示为通过一或多个对应催化剂(例如，酶)催化的一或多个反应包含于经筛选反应集中，所述催化剂本身指示为可能可用于催化在宿主生物中可发生的一或多个反应。

如果生物可获得的预测工具从(例如)公共或专属数据库确定指示催化剂可通过将催化剂工程设计到宿主中(例如，通过修饰宿主基因组)或经由从宿主在其中生长的生长培养基摄取催化剂而引入到宿主中的信息，那么催化剂有可能“可用于催化”宿主生物中的反应。

更明确来说，当宿主生物的基因组被修饰(例如，经由插入、删除、替换)使得宿主生物产生催化剂(例如，酶蛋白)时，本发明将一部分(例如所述催化剂)称为“经工程设计”到宿主生物中。然而，如果所述部分本身包括基因材料(例如，用作酶的核酸序列)，那么使那个部分“经工程设计”到宿主生物中是指修饰宿主基因组以体现那个部分本身。