基于生物反应器的体内模型驱动及仿真到现实学习控制的微生物联合体构型控制架构
系统与控制
2025-11-12 v1 系统与控制
定量方法
摘要
微生物联合体相较于单株培养在生物生产中具有显著优势，但因缺乏可扩展的架构来确保种群间的稳定共存而难以实现工业化应用。现有策略依赖基因工程修改（带来代谢负担）或环境变化（可能降低产量）。我们提出了一种灵活的控制架构，用于在无需基因工程或剧烈环境变化的情况下调节两种菌株联合体的密度与构型。该生物反应器控制架构由一个混合腔体（两种菌株共培养）和一个维持较慢生长菌株的储罐组成。针对两个腔体，我们开发了基于模型的控制器和仿真到现实学习控制器。该控制架构在两种大肠杆菌联合体上完成了体内验证，实现了对联合体密度与构型的精确稳健调节，包括对时变参考的跟踪以及对扰动的恢复。
引用
@article{arxiv.2511.08554,
title = {A bioreactor-based architecture for in vivo model-based and sim-to-real learning control of microbial consortium composition},
author = {Sara Maria Brancato and Davide Salzano and Davide Fiore and Francesco De Lellis and Giovanni Russo and Mario di Bernardo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.08554},
year = {2025}
}