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竞争催化资源改变生物网络动态。

Competition for catalytic resources alters biological network dynamics.

机构信息

LIMMS/CNRS-IIS, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153-8505, Japan.

出版信息

Phys Rev Lett. 2012 Jan 6;108(1):018102. doi: 10.1103/PhysRevLett.108.018102. Epub 2012 Jan 5.

DOI:10.1103/PhysRevLett.108.018102
PMID:22304295
Abstract

Genetic regulation networks orchestrate many complex cellular behaviors. Dynamic operations that take place within cells are thus dependent on the gene expression machinery, enabled by powerful enzymes such as polymerases, ribosomes, or nucleases. These generalist enzymes typically process many different substrates, potentially leading to competitive situations: by saturating the common enzyme, one substrate may down-regulate its competitors. However, most theoretical or experimental models simply omit these effects, focusing on the pattern of genetic regulatory interactions as the main determinant of network function. We show here that competition effects have important outcomes, which can be spotted within the global dynamics of experimental systems. Further we demonstrate that enzyme saturation creates a layer of cross couplings that may foster, but also hamper, the expected behavior of synthetic biology constructs.

摘要

遗传调控网络协调着许多复杂的细胞行为。因此,细胞内发生的动态操作依赖于基因表达机制,这是由聚合酶、核糖体或核酸酶等强大的酶所实现的。这些多面手酶通常处理许多不同的底物,这可能导致竞争情况:通过使常见酶饱和,一种底物可能会下调其竞争者。然而,大多数理论或实验模型简单地忽略了这些影响,而是将遗传调控相互作用的模式作为网络功能的主要决定因素。我们在这里表明,竞争效应具有重要的结果,可以在实验系统的全局动态中发现。此外,我们证明了酶饱和会产生一层交叉耦合,这可能促进,但也可能阻碍合成生物学构建体的预期行为。

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