Engineering Translational Resource Allocation Controllers: Mechanistic Models, Design Guidelines, and Potential Biological Implementations
Engineering Translational Resource Allocation Controllers: Mechanistic Models, Design Guidelines, and Potential Biological Implementations
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工程转化资源分配控制器：机制模型、设计指南和潜在的生物学实现
DOI：
10.1101/248948
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Darlington A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Darlington A
正交核糖体与动态资源分配控制器相结合的使用是一种很有前途的方法，用于减轻细胞资源限制对合成基因电路模块化的负面影响。在这里，我们开发了一个详细的机制模型的基因表达和资源分配，当简化到一个易于处理的复杂程度，允许合理设计的翻译资源分配控制器。这个模型的分析揭示了一个基本的设计权衡：减少耦合的行为，以减少基因表达。通过实验可调控制器参数的灵敏度分析，我们确定每个控制器的设计参数如何影响系统的整体闭环行为，导致一组详细的设计准则，以最佳地管理这种权衡。我们的设计的基础上，我们评估了一些替代的潜在的实验实施所提出的系统使用常用的生物组件。最后，我们表明，控制器是能够动态分配核糖体需要恢复模块化的一些更复杂的合成电路，如repressilator，和激活级联组成的多个相互作用的模块。
The use of orthogonal ribosomes in combination with dynamic resource allocation controllers is a promising approach for relieving the negative effects of cellular resource limitations on the modularity of synthetic gene circuits. Here, we develop a detailed mechanistic model of gene expression and resource allocation, which when simplified to a tractable level of complexity, allows the rational design of translational resource allocation controllers. Analysis of this model reveals a fundamental design trade-off: that reducing coupling acts to decrease gene expression. Through a sensitivity analysis of the experimentally tunable controller parameters, we identify how each controller design parameter affects the overall closed-loop behavior of the system, leading to a detailed set of design guidelines for optimally managing this trade-off. On the basis of our designs, we evaluated a number of alternative potential experimental implementations of the proposed system using commonly available biological components. Finally, we show that the controller is capable of dynamically allocating ribosomes as needed to restore modularity in a number of more complex synthetic circuits, such as the repressilator, and activation cascades composed of multiple interacting modules.
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DOI：
10.3390/v7062746
发表时间：
2015-06-02
期刊：
Viruses
影响因子：
--
作者：
Hammerl JA;Roschanski N;Lurz R;Johne R;Lanka E;Hertwig S
通讯作者：
Hertwig S
正交核糖体的动态分配有利于共表达基因的解偶联
DOI：
10.1101/138362
发表时间：
2017
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Darlington A
通讯作者：
Darlington A
影响因子：
14.9
作者：
Kamionka, A;Bogdanska-Urbaniak, J;Hillen, W
通讯作者：
Hillen, W
影响因子：
3.4
作者：
Wang,Yufang;Guo,Ling;Golding,Ido;Cox,EdwardC;Ong,NP
通讯作者：
Ong,NP
影响因子：
4.7
作者：
Carrera, Javier;Rodrigo, Guillermo;Jaramillo, Alfonso
通讯作者：
Jaramillo, Alfonso