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通用的生物分子积分反馈控制器可实现稳健的完美适应

动态平衡是生物学中反复出现的主题,可以确保调节变量的稳健性,并在某些系统中完全适应环境扰动。这个强大的完美适配功能在自然电路用积分控制,执行数学整合,实现结构稳固调控的负反馈策略取得了。

通用的生物分子积分反馈控制器可实现稳健的完美适应

尽管有其益处,但由于所需生物计算的复杂性,在活细胞中合成实现积分反馈仍然难以实现。在这里,我们在数学上证明存在单一的基本生物分子控制器拓扑结构3这实现了积分反馈,并在具有噪声动态的任意细胞内网络中实现稳健的完美适应。

对于单个细胞的群体平均值和时间平均值,保证了这种适应性质。在此概念的基础上,我们在活细胞4中基因工程设计了一个合成的积分反馈控制器,并展示了它的可调性和适应性。

大肠杆菌中的生长速率控制应用显示了我们的积分控制器提供稳健性的内在能力,并突出了其作为用于调节不确定网络中的生物变量的通用控制器的潜在用途。我们的研究结果提供概念和实用工具在cybergenetics的区域3,5用于工程合成的控制器,操纵生命系统的动力学。

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