多输入节点网络的稳态维持与细菌趋化性的鲁棒性

当存在被维持在狭窄数值范围内的调控量时，生物系统即实现稳态维持（homeostasis）。此处我们将稳态维持视为网络动力学的一种现象。在此背景下，我们改进了用于分析具有区分性输入与输出节点的网络动力系统（称为“输入输出网络”）中稳态维持的一般理论。该理论允许以“模型无关”的方式定义给定网络的“稳态维持类型”，即该分类依赖于网络拓扑而非具体的模型方程。每种“稳态维持类型”代表一种产生稳态维持的可能机制，并与原始网络的适当“子网络模体”相关联。我们的贡献是将该理论推广到具有多个输入节点的网络情形。为展示我们的理论，我们将其应用于细菌趋化性——生化系统中稳态维持的范例。通过考虑大肠杆菌（Escherichia coli）趋化性的代表性模型，我们验证了相应的抽象网络具有多个输入节点。从而表明我们对理论的推广使得一类此前无法处理的重要模型得以纳入。此外，从我们的抽象视角看，所研究模型中稳态维持的出现是由一种称为输入配重稳态维持（input counterweight homeostasis）的新机制引起的。这一新的稳态维持机制是在我们的研究过程中发现的，它由网络多个输入节点之间的平衡所产生——因此，它的出现要求至少存在两个输入节点。最后，此处发展的框架允许基于动力系统理论中的“一般性（genericity）”概念来形式化稳态维持“鲁棒性”的概念。我们讨论了这类稳态维持的鲁棒性如何出现在趋化性模型中。