摘要
生物网络以超乎寻常的精度、可靠性和鲁棒性执行着各种各样复杂的功能.网络的拓扑结构、动力学性质与功能之间密切相关.如何定量刻画这种关系,找到复杂多样的生物网络的底层设计规律是系统生物学和合成生物学的巨大挑战.本文对功能拓扑的理性设计及其在合成生物学中的应用进行了综述.生物网络在统计性质上不同于随机网络,其结构呈现出模块化的趋势,本文首先总结了自然生物系统中出现的高频模块及其功能,回顾了最近系统生物学对于功能拓扑设计原理的探索,包括目前搜索功能拓扑的两种常用计算方法,同时对理论获得的典型功能拓扑进行了总结.继而总结了近年来实际合成生物学系统中功能拓扑的设计和构建,以基于转录调控的基因回路为主,按照其内部调控节点的数目,系统地介绍了不同拓扑结构被用来实现的具体功能及其典型实例.最后,介绍了近期自动化设计集成基因线路的发展、非转录多层次调控机制以及网络鲁棒性的设计原理,并简单探讨了对于复杂功能拓扑设计的机遇和挑战.
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