Компьютерные исследования и моделирование
RUS  ENG    ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB  
Общая информация
Последний выпуск
Архив

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



Компьютерные исследования и моделирование:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Компьютерные исследования и моделирование, 2021, том 13, выпуск 3, страницы 587–609
DOI: https://doi.org/10.20537/2076-7633-2021-13-3-587-609
(Mi crm903)
 

АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Репрессилятор с запаздывающей экспрессией генов. Часть II. Стохастическое описание

Д. А. Брацун, М. Д. Бузмаков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия, 614990, г. Пермь, ул. Профессора Поздеева, д. 11, к. В
Список литературы:
Аннотация: Репрессилятором называют первую в синтетической биологии генную регуляторную сеть, искусственно сконструированную в 2000 году. Он представляет собой замкнутую малоразмерную цепь из трех генов: $lacI$, $\lambda cI$ и $tetR$, которые в такой комбинации в природе не встречаются. Промотор каждого гена контролирует следующий за ним цистрон по принципу отрицательной обратной связи, подавляя экспрессию соседнего гена. Ранее в работе [Брацун и др., 2018] была предложена математическая модель запаздывающего репрессилятора и изучены ее свойства в рамках детерминистского описания. Предполагается, что запаздывание может быть как естественным, т. е. возникать во время процессов транскрипции/трансляции в силу многоступенчатого характера этих процессов, так и искусственным, т. е. специально вноситься в работу регуляторной сети с помощью методов генной инженерии. Данная работа посвящена стохастическому описанию динамических процессов в запаздывающем репрессиляторе, которое является важным дополнением детерминистского анализа из-за сильных флуктуаций и небольшого числа молекул, принимающих обычно участие в генной регуляции. Стохастическое исследование было проведено численно с помощью алгоритма Гиллеспи, модифицированного для систем с запаздыванием. Приводятся описание алгоритма, его программная реализация и результаты тестовых расчетов для одногенного авто-репрессора с запаздыванием. При исследовании репрессилятора обнаружено, что стохастическое описание в ряде случаев дает новую информацию о поведении системы, которая не сводится к детерминистской динамике даже при усреднении по большому числу реализаций. В подкритической области, где детерминистский анализ предсказывает абсолютную устойчивость системы, было обнаружено возбуждение квазирегулярных колебаний, вызываемых нелинейным взаимодействием шума и запаздывания. Выше порога возникновения неустойчивости обнаружено спонтанное изменение фазы колебаний из-за внезапной временной деградации этих колебаний. Ранее в детерминистском анализе был обнаружен долгоживущий переходный режим, который отвечает движению фазовой траектории по медленному многообразию и отражает процесс длительной синхронизации пульсаций в работе отдельных генов. Показано, что в стохастическом случае переход к кооперативному режиму работы генов репрессилятора происходит в среднем на два порядка быстрее. Построено распределение вероятности соскока фазовой траектории с медленного многообразия и определено наиболее вероятное время такого перехода. Обсуждается влияние внутреннего шума химических реакций на динамические свойства репрессилятора.
Ключевые слова: репрессилятор, запаздывание, генная регуляция, стохастическое описание.
Финансовая поддержка Номер гранта
Пермский научно-образовательный центр мирового уровня «Рациональное недропользование»
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации FSNM-2020-0026
Постановка задачи и модификация алгоритма стохастического расчета выполнены при финансовой поддержке Пермского НОЦ «Рациональное недропользование». Написание авторской программы и проведение численных расчетов выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (грант № FSNM-2020-0026).
Поступила в редакцию: 20.03.2021
Исправленный вариант: 13.04.2021
Принята в печать: 27.04.2021
Тип публикации: Статья
УДК: 517.958:57
Образец цитирования: Д. А. Брацун, М. Д. Бузмаков, “Репрессилятор с запаздывающей экспрессией генов. Часть II. Стохастическое описание”, Компьютерные исследования и моделирование, 13:3 (2021), 587–609
Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{BraBuz21}
\by Д.~А.~Брацун, М.~Д.~Бузмаков
\paper Репрессилятор с запаздывающей экспрессией генов. Часть II. Стохастическое описание
\jour Компьютерные исследования и моделирование
\yr 2021
\vol 13
\issue 3
\pages 587--609
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/crm903}
\crossref{https://doi.org/10.20537/2076-7633-2021-13-3-587-609}
Образцы ссылок на эту страницу:
  • https://www.mathnet.ru/rus/crm903
  • https://www.mathnet.ru/rus/crm/v13/i3/p587
    Цикл статей
    Citing articles in Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles in Google Scholar: Russian articles, English articles
    Компьютерные исследования и моделирование
     
      Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация посетителей портала  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2024