Biología Sintética y de Sistemas Actual
Acceso abierto

abstracto

Diseño óptimo de osciladores biológicos sintéticos robustos

Chia-Hua Chuang y Chun-Liang Lin

Este documento aplica un algoritmo genético estructural real (RSGA) para identificar simultáneamente la estructura de la red y estimar los parámetros del sistema para un oscilador biológico robusto con una frecuencia de oscilación específica. En la actualidad se ha construido con éxito un represor con fenómeno de oscilación en Escherichia coli (E. coli) y su función es armonizar la comunicación célula-célula. Sin embargo, las perturbaciones moleculares estocásticas pueden afectar los comportamientos oscilatorios y la estructura de la red se desconoce de antemano. Usamos un modelo de sistema S estocástico para capturar el comportamiento dinámico y la topología de la red para el oscilador biológico bajo entornos perturbadores, transformamos un problema de diseño sintético robusto en un problema de optimización multiobjetivo robusto e introducimos la RSGA para resolver este problema basado en en la especificación de diseño. Los parámetros óptimos y la estructura más simple se buscan simultáneamente de modo que se minimice la función de costo relacionada con el error de seguimiento de la señal sinusoidal y el número de vías de reacción. Los resultados experimentales numéricos in silico muestran que el método propuesto es efectivo para sintetizar osciladores biológicos robustos que implementan las funciones oscilatorias particulares cuando las redes están influenciadas por perturbaciones moleculares estocásticas intrínsecas y extrínsecas.