遺伝子回路における成長連動モデルを用いた過渡的振動の解決

科学分野:

• 合成生物学; 計算生物学; 生物物理学

背景:

• 合成遺伝子回路は、バッチ培養において予測不可能なダイナミクスを示すことがよくあります。従来のモデルは、通常、成長中の細胞の生理学的状態の変化を考慮していません。

研究 の 目的:

• 異なる成長段階にわたる合成遺伝子回路の挙動を正確に予測するマルチスケールモデリングフレームワークを開発すること。分解タグ付きタンパク質レポーターにおける観察された過渡的振動発現と標準モデルとの間の不一致を解決すること。

主な方法:

• デュアルスケールモデリングフレームワークであるGene Expression Across Growth Stages（GEAGS）を開発しました。化学反応ネットワークを使用して、細胞内遺伝子発現とロジスティック個体群成長を結合しました。成長段階依存のレート修正関数を組み込みました。

主要な成果:

• GEAGSは、観察された過渡的振動発現パターンを正確に再現しました。アミノ酸リサイクルと成長段階遷移が振動の重要な駆動力であることを特定しました。層状フィードバック回路に適用することにより、モデルの適応性を実証し、予測の不一致を解決しました。

結論:

• GEAGSは、合成遺伝子回路における創発的挙動を予測するための一般化可能なプラットフォームを提供します。動的な環境における堅牢な合成回路設計のためのマルチスケールモデリングの重要な重要性を強調しています。