alterlab-brenda

BRENDA データベース

概要

BRENDA（BRaunschweig ENzyme DAtabase）は、世界で最も包括的な酵素情報システムであり、科学文献に基づく詳細な酵素データを収録しています。公式 SOAP API を使用して、酵素の速度論的パラメーター（Km、kcat）、反応式、基質特異性、生物種情報、最適条件を検索できます。生化学研究、代謝工学、酵素探索に活用できる、45,000 を超える酵素と数百万件の速度論データにアクセスできます。

このスキルを使用する場面

次のような場合に、このスキルを使用してください。

• 酵素の速度論的パラメーター（Km、kcat、Vmax）を検索する
• 反応式と化学量論を取得する
• 特定の基質や反応に適した酵素を見つける
• 異なる生物種間で酵素の特性を比較する
• 最適な pH、温度、条件を調べる
• 酵素の阻害および活性化データにアクセスする
• 代謝経路の再構築やレトロシンセシスを支援する
• 酵素工学や最適化の研究を行う
• 基質特異性や補因子の要件を分析する

対象外

シナリオ	代わりに使用
代謝経路マップ、KEGG Orthology、または化合物から経路へのマッピング	alterlab-kegg
ゲノムスケールのフラックスシミュレーション（FBA/FVA、ノックアウト）	alterlab-cobrapy
創薬ターゲットに対する薬物／化合物の生物活性（IC50、Ki）	alterlab-chembl
酵素のタンパク質配列、ドメイン、または GO アノテーション	alterlab-uniprot

主な機能

BRENDA へのアクセスは、9 つの機能分野に分類されています。それぞれのすぐにコピーできるスニペットは、references/capabilities.md にあります。

1. 速度論的パラメーターの取得 — EC 番号／生物種／基質別の Km、kcat、Vmax。
2. 反応情報 — 反応式と化学量論。
3. 酵素の探索 — 基質、生成物、または反応パターンから酵素を検索。
4. 生物種別データ — 生物種間で酵素の特性を比較。
5. 環境パラメーター — 最適 pH／安定性 pH、温度、補因子。
6. 基質特異性 — 基質ごとの Km/Vmax/kcat、親和性の順位付け。
7. 阻害と活性化 — Ki、IC50、活性化因子とメカニズム。
8. 酵素工学の支援 — 好熱性ホモログ、pH 安定性変異体。
9. 速度論的モデリング — モデリングパラメーターと Michaelis-Menten プロット。

基本的なワークフロー

一般的な開始方法では、EC 番号で速度論データを取得し、その後、区切り形式のレスポンスを解析します。

from scripts.brenda_client import get_km_values
from scripts.brenda_queries import parse_km_entry

km_data = get_km_values("1.1.1.1", organism="Saccharomyces cerevisiae")
for entry in km_data:
    parsed = parse_km_entry(entry)
    # parse_km_entry keys mirror the raw BRENDA fields: 'kmValue' (string)
    # plus a derived 'km_value_numeric' (float). There is no 'km_value' key.
    print(parsed.get("organism"), parsed.get("substrate"), parsed.get("km_value_numeric"))

EC 番号は完全な形式で指定する必要があります（例：1.1.1.1。1.1.1 は不可）。ワイルドカード（*）を使用すると検索範囲が広がります。レスポンス形式と解析用ヘルパーについては、references/data_formats.md を参照してください。

SOAP の呼び出し規約。 brenda_zeep.wsdl の操作は、WSDL の順序に従って個別の引数を受け取ります — client.service.getKmValue(email, sha256_pw, "ecNumber*1.1.1.1", "organism*Homo sapiens", "kmValue*", "kmValueMaximum*", "substrate*", "commentary*", "ligandStructureId*", "literature*") — そして型付きオブジェクトのリストを返します。カンマで連結した単一の文字列を渡すと、zeep でエラーになります（「Missing element password」）。scripts/brenda_client.py は引数の順序を処理し、結果をパーサー用の field*value#… 形式の文字列に変換します。

利用ポリシー。 BRENDA は、クライアントに 1 秒あたり最大 1 件のリクエストを送信するよう求めています（クライアント側でこれを適用します）。また、データは CC BY 4.0 ライセンスで提供されているため、派生物では BRENDA を引用してください。

インストール要件

uv pip install zeep requests pandas matplotlib seaborn

認証の設定

BRENDA へのアクセスには認証情報が必要です。

1. .env ファイルを作成する:

[email protected]
BRENDA_PASSWORD=your_brenda_password

2. または環境変数を設定する:

export BRENDA_EMAIL="[email protected]"
export BRENDA_PASSWORD="your_brenda_password"

3. BRENDA の利用登録を行う:
   • https://www.brenda-enzymes.org/ にアクセスします
   • アカウントを作成します
   • 認証情報が記載されたメールを確認します
   • 注：レガシーサポート用に BRENDA_EMIAL（スペルミスに注意）もあります

ヘルパースクリプト

このスキルには、scripts/ に3つのPythonヘルパースクリプトが含まれています。

• scripts/brenda_queries.py — 酵素データの高度な分析（解析、検索、生物種間の比較、環境パラメーター、特異性、阻害剤／活性化剤、エンジニアリング対象）。
• scripts/brenda_visualization.py — 反応速度論／pH／温度／基質のプロットとミカエリス・メンテン曲線。
• scripts/enzyme_pathway_builder.py — 酵素経路および逆合成経路の構築。

すべての関数の一覧と使用方法は references/helper_scripts.md に記載されています。

リファレンス一覧

• references/api_reference.md — SOAP APIメソッドの完全なドキュメント、パラメーターの一覧／形式、EC番号の構造／検証、レスポンス仕様、エラーコード、文献引用形式。
• references/capabilities.md — 9つすべての機能領域でコピーして使えるコード。
• references/workflows.md — 6つのエンドツーエンドのワークフロー（探索、生物種間の比較、エンジニアリング対象、経路の構築、反応速度論の分析、産業用途の選定）。
• references/helper_scripts.md — 3つのヘルパースクリプトの関数一覧と使用方法。
• references/data_formats.md — BRENDAのレスポンス形式、解析パターン、レート制限、エラー処理、トラブルシューティング、追加リソース。