细菌基因振荡器的生长速率依赖性动力学

表现出振荡动力学的基因网络在生物学中广泛存在。产生振荡的最小调控设计已被合成实现并通过数学建模进行研究。然而，大多数现有分析通常忽略了调控电路与其嵌入的细胞“底盘”之间的耦合。例如，快速生长的细菌的细胞内大分子组成随生长速率而变化。因此，基因表达的重要参数（如核糖体浓度或细胞体积）依赖于生长速率，最终将基因电路的动力学与细胞生理学耦合起来。这项工作解决了生长速率对基因振荡器典型范例——阻遏振荡器 (repressilator) 动力学的影响。利用细菌中参数的经验生长速率依赖性，我们表明阻遏振荡器的动力学可以在振荡和收敛到固定点之间切换，这取决于细胞的生长状态，进而取决于其获得的营养。电路的物理支撑（质粒类型或基因在染色体上的位置）也在决定振荡稳定性以及周期和振幅的生长速率依赖性方面起着重要作用。该分析在合成生物学领域具有潜在应用，并表明内源性基因振荡器与细胞生理学之间的耦合可能对其功能产生重大影响。