合成生物学中的积分反馈：负平衡态灾难
分子网络
2021-05-04 v3
摘要
合成生物学的一个核心目标是设计能够以稳定且精确的方式操纵细胞内网络动力学的分子控制器。针对细胞内网络详细信息不可得这一事实，积分反馈控制器（IFCs）已被提出用于控制分子丰度。这些控制器能够在受控网络存在不确定性的情况下保持准确性。然而，只有当稳定性也得以保持时，这一理想特性才能实现。在本文中，我们表明分子 IFCs 可能遭受一种称为负平衡态灾难（NEC）的危险不稳定性，即所有非负平衡态在控制器作用下消失，且某些分子丰度发散。我们表明，由于 NEC 的存在，单分子 IFCs 并不存在。随后我们推导出一族双分子 IFCs，当受控对象为具有任意数量分子种类的不确定单分子网络时，其可免受 NEC 影响。然而，当 IFCs 应用于不确定的双分子（从而也就是大多数细胞内）网络时，我们表明随着相互作用分子种类数量的增加，防止 NEC 通常成为一个难解问题。
引用
@article{arxiv.2102.10668,
title = {Integral feedback in synthetic biology: Negative-equilibrium catastrophe},
author = {Tomislav Plesa and Alex Dack and Thomas E. Ouldridge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.10668},
year = {2021}
}