负反馈基因调控网络中的噪声控制

基因和蛋白质通过复杂的生化反应回路调控细胞功能。这些调控网络组分的涨落会产生噪声，不可避免地破坏信号，并可能损害功能。在此，我们基于维纳和柯尔莫哥洛夫（WK）为工程通信系统中的噪声过滤所引入的思想，创建了一个实用的形式体系，以定量评估在涉及负反馈的生物过程中噪声可被控制的程度。该理论的应用重现了先前证明的噪声抑制下限与信号事件数量相关的标度律，并表明一个基于四环素阻遏蛋白的负调控基因回路表现为一个WK滤波器。对于希尔型非线性调控函数类，这种滤波器提供了最优的噪声降低。我们的理论方法可以很容易地与各种基因回路中响应函数的实验测量相结合，以阐明生物网络最小化噪声的一般原理。