複雜的生物調控網絡可以分解為一些基本的結構單元。其中最簡單的網絡模體是自調控的正反饋和負反饋迴路。[1] 其他常見的網絡模體包括信號級聯傳導網絡(cascade)、反饋環(feedback loops)和前饋環(feed-forward loops)等。這些網絡模體是在細胞真實網絡中出現頻率高的基本單元。[2]

網絡拓撲與功能的對應關係:

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·自調控的正反饋-延緩響應時間、產生雙穩態。

·自調控的負反饋-加快基因迴路的響應時間、對生成速率的波動有魯棒的性質。

·相互抑制的基因調節網絡-按鍵式開關,也是具有雙穩態的記錄裝置[3]

.非一致型前饋環-自適應、脈衝發生器、信號敏感的響應加速器

.一致型前饋環-信號敏感的延遲元件、非對稱的濾波器

.三節點負反饋迴路-振盪器[4]

.單輸入模塊-調節參與特定的代謝途徑的基因。這個模塊是由主轉錄因子來控制一組相關的基因,可產生時間上的順序關係。有兩個主要類型「後進先出」型和「先進先出」型。

網絡的特徵

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.層級性

.模塊化

.魯棒性

.結構冗餘性

.網絡進化

網絡組合設計的原則:

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·生物網絡在一定程度上可以看做由功能上相對獨立的模塊構成。例如細胞周期調控模塊、DNA修復損傷模塊等

·設計基因網絡,應該以受擾動變化最小的參數來決定網絡功能。

·超過三節點的網絡,已無法通過窮舉篩選。因此,採用逆向工程的理論計算和模塊組合的方法來構造多節點、多功能的網絡,篩選出較高魯棒性網絡模塊。

參考資料

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  1. ^ Alon, Uri. An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. CRC Press https://books.google.co.uk/books/about/An_Introduction_to_Systems_Biology.html?id=tcxCkIxzCO4C&redir_esc=y. 2006-07-07 [2019-01-10]. ISBN 9781584886426. (原始內容存檔於2019-01-11) (英語).  缺少或|title=為空 (幫助)
  2. ^ Alon, U.; Chklovskii, D.; Kashtan, N.; Itzkovitz, S.; Shen-Orr, S.; Milo, R. Network Motifs: Simple Building Blocks of Complex Networks. Science. 2002-10-25, 298 (5594): 824–827 [2019-01-10]. ISSN 1095-9203. PMID 12399590. doi:10.1126/science.298.5594.824. (原始內容存檔於2021-04-13) (英語). 
  3. ^ Collins, James J.; Cantor, Charles R.; Gardner, Timothy S. Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli. Nature. 2000-01, 403 (6767): 339–342 [2019-01-10]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/35002131. (原始內容存檔於2022-03-20) (英語). 
  4. ^ Leibler, Stanislas; Elowitz, Michael B. A synthetic oscillatory network of transcriptional regulators. Nature. 2000-01, 403 (6767): 335–338 [2019-01-10]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/35002125. (原始內容存檔於2021-04-21) (英語).