研究背景
肠道微生物群作为代谢器官，通过产生多种酶影响宿主健康，但其底物和代谢物仍待阐明。当前关联分析方法受限于代谢组学技术的检测范围和复杂代谢网络的解析能力，现有工具如GutBug、PRISM 4等仅能预测代谢产物而无法解析酶促机制。
研究突破
MicrobeRX整合了13,540项人体反应（Recon3D）和8,638项微生物反应（AGORA2），经筛选保留5,487项人体反应和4,030项微生物反应，生成109,403条化学特异性反应规则（CSRRs）。该工具包含代谢物可视化、酶学分析和分类学分析模块，对DrugBank中1083种口服药物的预测显示：
- 人类代谢7,020种结构多样代谢物
- 微生物代谢5,878种代谢物
- 双向代谢734种
其预测准确性（63.2%匹配DrugBank数据）和分子多样性均优于BioTransformer 3.0。
技术创新
- CSRRs构建：将每个反应分解为包含原子变化信息的化学反应规则（平均14条/人体反应，10条/微生物反应）
- 置信度评分系统：基于分子相似度（底物-查询物≥40%）和原子效率（查询物原子匹配率）
- 多组学整合：连接酶、微生物和代谢物的Sunburst图、蛋白序列比对热图等可视化模块
- 药物代谢分析：发现微生物对苯并类药物（如布洛芬）、磺胺类抗生素（如磺胺嘧啶）的特异性代谢模式
临床发现
- 二甲双胍新机制：鉴定克雷伯氏菌产生的ADP-D-核糖-二甲双胍产物，揭示该药改变糖尿病患者肠道菌群的分子基础
- 帕金森药物代谢：准确预测了左旋多巴→多巴胺（由粪肠球菌催化）的代谢路径（置信度1.927）
- 微生物耐药机制：发现拟杆菌属参与氯硝西泮还原的硝基还原酶（NfsB家族），为抗菌药物开发提供靶点
- 共代谢模式：鉴定34种苯类药物由大肠杆菌苯丙酸双加氧酶代谢的延伸代谢（extended-metabolism）特征
应用价值
- 个性化医疗：通过微生物组特征预测药物代谢差异（如他汀类药物的菌群特异性代谢）
- 酶工程：发现具核梭杆菌芳基二烷基磷酸酶可催化对乙酰氨基酚代谢的新型反应规则
- 环境修复：鉴定6,179种微生物含烟酰胺核糖转移酶，可降解苯并咪唑类污染物
- 代谢可视化：开发MetaboliteVisualizer模块，支持代谢可及性图谱（如氢化可的松的C5-OH基团最高代谢概率）和BOILED-Egg药代动力学预测
局限与展望
当前版本未整合跨物种代谢级联反应，未来将改进：
- 纳入转运（转移酶）和立体化学转换（异构酶）反应
- 集成宏基因组数据实时更新反应规则库
- 开发动态通量分析预测代谢速率
- 与临床数据关联构建药物-菌群-疗效模型
该工具已开源（
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