混合代谢-遗传振荡器的动力学

细胞内回路的合成构建常常因对适当动力学和精确速率参数的缺乏了解而受到阻碍。在这里，我们使用广义建模（GM）来研究被称为“代谢器”的混合代谢-遗传回路家族的拓扑模型的动力学行为。在对动力学的温和假设下，我们使用 GM 分析证明，所有与其中一个这样的回路（即“核心代谢器”）拓扑类似的显式动力学模型都不能发生 Hopf 分岔。然后，我们检查了代谢器的更详细模型。受到与核心代谢器相关的合成构建回路中观察到 Hopf 分岔的实验观察的启发，我们应用 GM 来识别合成构建的代谢器中必须重新引入以恢复 Hopf 分岔的关键组件。接下来，我们研究了核心代谢器重新布线版本（被称为“反向”代谢器）的动力学，并表明它表现出丰富得多的动力学行为集合，包括局部和全局振荡。在观察到反向代谢器中的弛豫振荡的推动下，我们研究了遗传和代谢时间尺度的分离在其动力学中可能发挥的作用，并发现广泛分离的时间尺度促进了回路中的稳定性。我们的结果说明了一个通用的流程，仅通过研究相应广义模型的动力学来审查潜在电路设计的可能成功性。