生长与分裂细胞中合成振荡器的鲁棒性

合成生物学旨在细胞中实现新功能，并深化对生物设计原理的理解。2000 年，Elowitz 和 Leibler 表明，通过对反应网络的理性设计并利用现有的生物组件，他们能够构建出一个表现出周期性基因表达的网络，被称为压缩振荡器（Elowitz 和 Leibler, Nature, 2000）。最近，Stricker 等人提出了另一种更稳定的合成振荡器，称为双反馈振荡器（Stricker 等人, 2008）。这些振荡器的稳定性如何受到组件间相互作用的内禀噪声及其基因随机表达的影响，已被详细研究。然而，由于所有生物振荡器都存在于生长和分裂的细胞中，一个重要问题是这些振荡器如何受到细胞周期的扰动。在先前的工作中，我们表明由于 DNA 复制导致的基因拷贝数的周期性倍增，不仅可以将天然的昼夜节律振荡器与细胞周期耦合（Paijmans 等人, PNAS, \textbf{113}, 4063, (2016)），也可以将这些合成振荡器与细胞周期耦合。在此我们扩展了这项研究。我们发现，振荡器之间锁定的强度不仅取决于基因在染色体上的位置，还取决于基因复制时序中的噪声：噪声往往会削弱耦合。然而，即使在基因复制时序存在高水平噪声的极限下，两种合成振荡器都显示出与细胞周期锁定的清晰特征。这项工作增进了我们对在生长和分裂细胞内设计鲁棒生物振荡器的理解。