COBRApy 是用于代谢网络约束重建与分析(COBRA)的 Python 库,面向系统生物学与代谢工程研究,可对基因组尺度代谢模型进行模拟,预测表型并开展代谢工程分析。
主要能力:模型管理方面,可用 load_model 加载内置模型(如 textbook、ecoli、salmonella),用 read_sbml_model、load_json_model、load_yaml_model 读取文件,并用 write_sbml_model、save_json_model、save_yaml_model 保存。模型结构上可访问 reactions、metabolites、genes,查看反应方程、通量边界、GPR 规则、代谢物分子式与区室。
分析功能包括:通量平衡分析(model.optimize、slim_optimize、pfba、geometric_fba);通量变异分析(flux_variability_analysis,支持 fraction_of_optimum 与 loopless);单/双基因与反应敲除(single_gene_deletion、double_gene_deletion 等,双敲除支持多进程);培养基管理(model.medium、minimal_medium);通量采样(sample,支持 optgp、achr 方法);生产包络(production_envelope);缺口填充(gapfill);以及从零构建模型(Model、Reaction、Metabolite)。
使用方式:通过 pip 安装后导入 cobra 模块,加载模型并调用相应函数;临时修改可用 with model 上下文管理器,退出后自动还原。常用工作流包括预测生长、基因敲除筛选、培养基优化与通量不确定性分析。
限制与注意:模型需先验证可行性;优化后应检查 solution.status;不可行、无界或导入错误需排查约束、边界与文件格式;求解器可切换(GLPK、CPLEX、Gurobi);采样与双敲除可并行以提升性能;模型交换与长期存储建议使用 SBML 格式。官方文档见 https://cobrapy.readthedocs.io/en/latest/。