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合成生物学中的语境:具有单分子反应的环境的记忆效应。

Context in synthetic biology: Memory effects of environments with mono-molecular reactions.

机构信息

Institut für Festkörperphysik, Technische Universität Darmstadt, Hochschulstr. 6, 64289 Darmstadt, Germany.

Bioinspired Communication Systems, Technische Universität Darmstadt, Rundeturmstr. 12, 64283 Darmstadt, Germany.

出版信息

J Chem Phys. 2019 Jan 14;150(2):024106. doi: 10.1063/1.5053816.

DOI:10.1063/1.5053816
PMID:30646691
Abstract

Synthetic biology aims at designing modular genetic circuits that can be assembled according to the desired function. When embedded in a cell, a circuit module becomes a small subnetwork within a larger environmental network, and its dynamics is therefore affected by potentially unknown interactions with the environment. It is well-known that the presence of the environment not only causes extrinsic noise but also memory effects, which means that the dynamics of the subnetwork is affected by its past states via a memory function that is characteristic of the environment. We study several generic scenarios for the coupling between a small module and a larger environment, with the environment consisting of a chain of mono-molecular reactions. By mapping the dynamics of this coupled system onto random walks, we are able to give exact analytical expressions for the arising memory functions. Hence, our results give insights into the possible types of memory functions and thereby help to better predict subnetwork dynamics.

摘要

合成生物学旨在设计可根据所需功能组装的模块化遗传电路。当嵌入细胞中时,电路模块成为较大环境网络中的一个小子网,因此其动态受到与环境潜在未知相互作用的影响。众所周知,环境的存在不仅会导致外在噪声,还会产生记忆效应,这意味着子网的动态通过环境特有的记忆函数受到其过去状态的影响。我们研究了小型模块与较大环境之间耦合的几种通用情况,其中环境由单分子反应链组成。通过将耦合系统的动力学映射到随机游走,我们能够为出现的记忆函数给出精确的解析表达式。因此,我们的结果深入了解了可能的记忆函数类型,从而有助于更好地预测子网动态。

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