cobratoolbox在 MATLAB 中

### 安装 COBRA Toolbox COBRA Toolbox 是一个用于代谢网络建模和分析的 MATLAB 工具箱，广泛应用于系统生物学、生物工程和计算生物学等领域。在开始使用 COBRA Toolbox 之前，需要确保已经安装了兼容的求解器，如 Gurobi、CPLEX 或 MOSEK[^1]。 #### 1. 下载 COBRA Toolbox 访问 [COBRA Toolbox 的 GitHub 页面](https://github.com/opencobra/cobratoolbox) 并下载最新版本的源代码包。也可以通过 Git 命令行工具克隆仓库： ```bash git clone https://github.com/opencobra/cobratoolbox.git ``` #### 2. 解压并配置路径 将下载或克隆的 `cobratoolbox` 文件夹复制到本地工作目录中，并在 MATLAB 中将其添加为路径。可以通过以下方式操作： - 在 MATLAB 主界面点击 `Set Path` - 点击 `Add Folder...`，选择 `cobratoolbox` 根目录 - 保存路径设置以便下次启动时仍有效 #### 3. 安装依赖求解器 COBRA Toolbox 需要第三方优化求解器支持线性规划（LP）、混合整数线性规划（MILP）等模型求解。推荐安装 Gurobi 或 CPLEX： - **Gurobi**：适用于学术用户的免费许可证可在官网申请，安装后需配置环境变量和 MATLAB 路径[^1] - **CPLEX**：IBM 提供的商业求解器，也提供学术许可 在 MATLAB 中确认求解器是否已识别，可运行： ```matlab which cplexlp % 或 which gurobi ``` 若返回具体路径，则说明求解器已正确加载。 #### 4. 验证安装 运行测试脚本以验证 COBRA Toolbox 是否安装成功： ```matlab cd cobratoolbox run('startup.m') testAll() ``` 该命令会执行所有内置测试用例，输出结果应显示所有测试通过。 --- ### 使用 COBRA Toolbox 构建简单代谢模型 #### 1. 创建模型结构 COBRA 模型通常以 `model` 结构体形式表示，包含反应、代谢物、基因等信息。可通过如下方式手动创建一个最小模型： ```matlab model = struct(); model.rxns = {'R1', 'R2', 'R3'}; model.mets = {'A', 'B', 'C'}; model.S = sparse([1 -1 0; % S矩阵表示化学计量关系 0 1 -1]); model.lb = [0, 0, 0]; % 反应下界 model.ub = [10, 10, 10]; % 反应上界 model.c = [0, 0, 1]; % 目标函数系数 ``` #### 2. 设置目标函数并求解 使用 `optimizeCbModel` 函数进行通量平衡分析（FBA）： ```matlab solution = optimizeCbModel(model); fluxes = solution.x; ``` 输出 `fluxes` 即为各反应的最优通量分布。 --- ### 示例：构建一个简单的糖酵解模型 ```matlab % 定义反应与代谢物 model.rxns = {'GLK', 'PGI', 'PFK'}; model.mets = {'Glucose', 'G6P', 'F6P', 'FDP'}; model.S = sparse([ -1 0 0; % Glucose 消耗于 GLK 1 -1 0; % G6P 生成于 GLK，消耗于 PGI 0 1 -1; % F6P 生成于 PGI，消耗于 PFK 0 0 1]); % FDP 生成于 PFK model.lb = [0, 0, 0]; model.ub = [10, 10, 10]; model.c = [0, 0, 1]; % 最大化 FDP 生成 % 求解 solution = optimizeCbModel(model); disp(solution.x); ``` ---