Genreglerande krets
Genetiska reglerande kretsar (även kallade transkriptionella reglerande kretsar ) är ett koncept som utvecklats från Operonmodellen som upptäcktes av François Jacob och Jacques Monod . De är funktionella kluster av gener som påverkar varandras uttryck genom inducerbara transkriptionsfaktorer och cis-regulatoriska element .
Genetiska regleringskretsar är på många sätt analoga med elektroniska kretsar i hur de använder signalingångar och utgångar för att bestämma genreglering . Liksom elektroniska kretsar bestämmer deras organisation deras effektivitet, och detta har visats i kretsar som arbetar i serie för att ha en större känslighet för genreglering. De använder också indata som trans- och cis-sekvensregulatorer av gener och utdata som genuttrycksnivå . Beroende på typen av krets reagerar de ständigt på externa signaler, såsom socker och hormonnivåer, som avgör hur kretsen kommer att återgå till sin fasta punkt eller periodiska jämviktstillstånd. Genetiska regleringskretsar har också en förmåga att evolutionärt kopplas om utan att den ursprungliga transkriptionsnivån går förlorad. Denna omkoppling definieras av förändringen i regulatoriska målgeninteraktioner, medan det fortfarande finns bevarande av regulatoriska faktorer och målgener.
Applicering i silikon
Dessa kretsar kan modelleras i silico för att förutsäga dynamiken i ett genetiskt system. Efter att ha konstruerat en beräkningsmodell av den naturliga kretsen av intresse kan man använda modellen för att göra testbara förutsägelser om kretsprestanda. När man designar en syntetisk krets för en specifik ingenjörsuppgift är en modell användbar för att identifiera nödvändiga anslutningar och parameterdriftsregimer som ger upphov till en önskad funktionseffekt. På liknande sätt, när man studerar en naturlig krets, kan man använda modellen för att identifiera de delar eller parametervärden som är nödvändiga för ett önskat biologiskt resultat. Med andra ord kan beräkningsmodellering och experimentella syntetiska störningar användas för att undersöka biologiska kretsar. Strukturen på kretsarna har emellertid visat sig inte vara en tillförlitlig indikator på den funktion som regleringskretsen tillhandahåller för det större cellulära regleringsnätverket.
Teknik och syntetisk biologi
Förståelse av genetiska regleringskretsar är nyckeln inom området syntetisk biologi , där olika genetiska element kombineras för att producera nya biologiska funktioner . Dessa biologiska genkretsar kan användas syntetiskt för att fungera som fysiska modeller för att studera regulatorisk funktion.
Genom att konstruera genetiska regleringskretsar kan celler modifieras för att ta information från sin omgivning, såsom näringstillgänglighet och utvecklingssignaler, och reagera i enlighet med förändringar i sin omgivning. Inom växtsyntetisk biologi kan genetiska regleringskretsar användas för att programmera egenskaper för att öka växtväxternas effektivitet genom att öka deras robusthet mot miljöpåfrestningar. Dessutom används de för att producera bioläkemedel för medicinsk intervention.