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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
背景：闡明細胞大規模遺傳調控網絡的結構和動力學是系統生物學的重要目標。我們研究了調節大腸桿菌代謝的遺傳網絡的系統級動態特性，並展示了其設計如何導致具有生物學用途的細胞特性。我們的研究使用包含 583 個基因和 96 個外部代謝物的資料庫（Covert 等人，Nature 2004），該資料庫不僅描述了網絡連接，還描述了每個基因節點的布林規則，該規則控制基因作為其輸入的函數打開或關閉。結果：我們研究了從這個資料庫建構的布爾動力系統的吸引子如何取決於基因的初始條件以及與緩衝基本培養基相對應的各種環境條件。我們發現該系統表現出穩態，因為它的吸引子（結果是固定點或低週期循環）對任何給定固定環境的初始條件或基因配置的擾動高度不敏感。同時，當外部介質變化時，吸引子表現出很大的變化，這意味著系統對變化的環境條件做出高度靈活的反應。調節動態作用是在改變的培養基下提高細胞生長速率。結論：我們的研究表明，重建的調節大腸桿菌代謝的遺傳網絡是分層的、模組化的，並且在很大程度上是非循環的，環境變量控制著層次結構的根。這種結構使細胞對基因配置的擾動具有高度穩健性，並對環境變化具有高度反應性。儘管該動力系統尚未接近混沌邊緣，但它仍實現了穩態和響應靈活性的雙重特性。