Caracterización de arquitecturas de circuitos genéticos desde modelos analíticos y estocásticos

Abstract

Diseñar un nuevo circuito genético requiere determinar no solo la respuesta de cada una de sus partes, sino también la escogencia de una implementación biológica. En este trabajo analizamos tres de las más simples y comunes arquitecturas de regulación genética en términos de sus tiempos de estabilización, rangos de producción y ruido intrínseco a partir de descripciones analíticas y simulaciones estocásticas. Planteamos un marco de trabajo para la comparación de los modelos y los ilustramos para un rango posible de parámetros para los diferentes circuitos. Proponemos una nueva forma para comprobar soluciones deterministas de los sistemas basada en álgebra de convoluciones, y un acercamiento analítico a la solución completa del comportamiento estocástico de los mismos. Este estudio sirve como base, e ilustra algunas consideraciones necesarias, para la escogencia de la arquitectura más viable de acuerdo a requerimientos específicos de un circuito genético.

Designing a new genetic circuit requires determining not only the response of each of its parts, but also the choice of a biological implementation. In this paper we analyze three of the simplest and most common genetic regulation architectures in terms of their stabilization times, production ranges and intrinsic noise from analytical descriptions and stochastic simulations. We propose a framework for comparing the models and illustrate them for a possible range of parameters for the different circuits. We propose a new way to check deterministic solutions of systems based on convolution algebra, and an analytical approach to the complete solution of the stochastic behavior of them. This study serves as the basis, and illustrates some necessary considerations, for the choice of the most viable architecture according to specific requirements of a genetic circuit.