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本文聚焦表皮葡萄球菌（S. epidermidis），其兼具鼻腔微生物组益生菌潜力与医院感染病原体双重属性。研究构建首个符合 FAIR 原则的高质量基因组规模代谢模型（GEM）iSep23，含 1415 反应 / 1051 代谢物 / 705 基因，通过实验验证其在模拟不同生境下的代谢预测能力，为开发益生菌应用与感染防控策略奠定基础。
表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）是定植于人类皮肤的革兰氏阳性共生菌，在鼻腔微生物组中表现出益生菌活性，同时也是医院获得性感染（尤其是植入物相关感染）的主要机会致病菌。其通过形成生物膜、产生酚溶性调节蛋白（PSMs）、细胞毒素及获取抗生素耐药基因等机制致病，每年在美国造成约 20 亿美元的医疗负担。
为解析其代谢特征，研究构建了首个针对非生物膜形成菌株 ATCC 12228 的高质量基因组规模代谢模型（GEM）iSep23。该模型通过 CarveMe 自动化工具初始重建后，经人工精细化校正，最终包含 1415 个反应、1051 种代谢物和 705 个基因，覆盖氨基酸代谢、脂质代谢、铁转运及核苷酸代谢等通路，并定义胞质、周质和细胞外三部分区室。通过代谢模型测试套件（MEMOTE）评估，其语义质量得分达 88%，显著优于先前 RP62A 模型（14%），且遵循可查找、可访问、可互操作和可重用（FAIR）数据原则，公开存储于 BioModels 数据库（ accession ID: MODEL2012220002）。
模型验证显示，在含葡萄糖的合成基本培养基（SMM、AAM）及营养丰富的 LB 培养基中，模拟生长结果与体外实验高度一致；在缺乏精氨酸的 AAM?培养基中，模型通过脯氨酸→谷氨酸→鸟氨酸→精氨酸生物合成路径预测菌株可利用内源性合成维持生长，与数据库报道的代谢通路吻合。碳源利用测试表明，除纤维二糖和 D - 甘露糖外，菌株可利用 12 种测试糖中的 10 种作为碳源，模拟结果与实验数据一致。
iSep23 模型首次整合基因 - 蛋白 - 反应（GPR）关联规则及系统生物学本体（SBO）注释，支持代谢子系统分析及与其他模型的互操作性。其构建流程结合数据库挖掘、实验验证及数学建模，为解析表皮葡萄球菌在宿主不同微环境中的代谢适应机制提供了关键工具，有望推动针对其益生菌潜力开发与感染防控的靶向研究，如代谢通路解析、药物靶点筛选及生物膜抑制策略等。该研究为机会致病菌的双重角色研究提供了新范式，其标准化建模流程亦适用于其他病原微生物的代谢系统分析。
