近日，中国科学院天津工业生物技术研究所孙际宾课题组与东南大学生物电子学国家重点实验室孙啸教授合作，在大肠杆菌全基因组规模的能量代谢研究中取得了重要突破。相关研究成果已在线发表于国际期刊《PLoS One》。
能量代谢作为生命系统的核心过程，与物质代谢同等重要，其自由能变化决定了代谢反应的发生与方向。由于细胞内代谢反应网络庞大且包含大量耦合反应，能量代谢的研究必须基于全基因组规模的系统分析。此前，基于约束建模理念构建的大肠杆菌全基因组代谢网络模型iAF1260，利用计算化学中的基团贡献法（GCM）计算了大部分反应及代谢物的自由能变化，但仍有约4%的反应和16%的代谢物自由能数据缺失，限制了全面的能量代谢分析。
针对这一挑战，孙际宾课题组与孙啸教授合作，基于计算生物学方法，采用数学中未定方程的最小二乘解法，成功补全了大肠杆菌全基因组代谢网络中缺失的自由能数据。这一创新方法不仅完善了能量加权代谢网络的构建，也揭示了细胞内能量代谢的非均一性及其与物质代谢之间的非线性关系。
该研究不仅拓展了基团贡献法的应用范围，还为其他微生物菌株的代谢网络分析提供了新的技术路径，尤其为大肠杆菌全基因组规模代谢途径设计中的热力学可行性判定提供了直接依据。
该项目获得了科技部973项目（2011CBA00804）的资助支持。