体外合成自调控开关的双稳态

构建合成生化回路是发展对自然生物信息处理定量理解的关键步骤。在此，我们报告了一个具有正自调控的体外回路的构建与分析，该回路仅由四条合成DNA链和三种酶——噬菌体T7 RNA聚合酶、大肠杆菌核糖核酸酶H和核糖核酸酶R——组成。DNA开关模板的模块化特性允许合理设计一个合成DNA开关，该开关由其作为转录激活因子的RNA输出调控。我们验证了由序列设计标准决定的热力学和动力学约束足以在实验上实现预期的动力学：一个配置为调控自身产生的转录激活因子。尽管只有核糖核酸酶H是实现开关状态双稳态所必需的，但核糖核酸酶R对于维持稳定的RNA信号水平和控制不完全降解产物是必要的。使用一个简单数学模型拟合实验结果的训练集以获取系综参数，然后直接应用于预测开关动力学的时间进程和对参数变化的敏感性，结果具有合理的一致性。正自调控开关可用于提供恒定输入信号和存储生化网络的输出，并可能对化学控制应用有用。