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定量生物学 > 分子网络

arXiv:1810.02883v1 (q-bio)
[提交于 2018年10月5日 ]

标题: 通过模拟分子计算进行时间模式识别

标题: Temporal pattern recognition through analog molecular computation

Authors:Jackson O'Brien, Arvind Murugan
摘要: 活细胞通过在特定时间产生信号分子来传递关于生理状况的信息。 不同的条件可能导致相同总量的信号分子,只是分子浓度随时间的变化模式不同。 这种时间编码的信息对即使是最先进的具有高化学特异性的分子传感器来说也是完全不可见的,这些传感器只对信号分子的总量作出反应。 在这里,我们展示了具有时间特异性的电路的设计原则,即对分子浓度中的特定时间模式作出响应的分子电路。 我们考虑了由三个基本时间特征所表征的分子浓度中的脉冲模式——时间周期、占空比和脉冲数量。 我们开发了对每个特征作出响应而对其他特征不敏感的电路。 我们使用抽象的化学反应网络和DNA链置换反应的显式模拟来展示我们的设计原则。 通过这种方式,我们的工作通过分子计算开发了用于时间模式识别的构建模块。
摘要: Living cells communicate information about physiological conditions by producing signaling molecules in a specific timed manner. Different conditions can result in the same total amount of a signaling molecule, differing only in the pattern of the molecular concentration over time. Such temporally coded information can be completely invisible to even state-of-the-art molecular sensors with high chemical specificity that respond only to the total amount of the signaling molecule. Here, we demonstrate design principles for circuits with temporal specificity, that is, molecular circuits that respond to specific temporal patterns in a molecular concentration. We consider pulsatile patterns in a molecular concentration characterized by three fundamental temporal features - time period, duty fraction and number of pulses. We develop circuits that respond to each one of these features while being insensitive to the others. We demonstrate our design principles using abstract Chemical Reaction Networks and with explicit simulations of DNA strand displacement reactions. In this way, our work develops building blocks for temporal pattern recognition through molecular computation.
评论: 7页,5图+附录
主题: 分子网络 (q-bio.MN) ; 适应性与自组织系统 (nlin.AO); 生物物理 (physics.bio-ph)
引用方式: arXiv:1810.02883 [q-bio.MN]
  (或者 arXiv:1810.02883v1 [q-bio.MN] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1810.02883
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Arvind Murugan [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2018 年 10 月 5 日 20:45:57 UTC (9,276 KB)
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