题目：基因电路同步性问题研究

基因电路将复杂的生物学功能抽象成分子浓度的变化，把注意力集中于系统的输入输出，并由此合成了多种单元电路。随着基因调控网络复杂度的不断提高，如何协调各单元电路的时间、空间特性，使其完成特定的生物学功能，成为限制基因电路发展的重要问题， repressilator电路的同步更是近年来基因电路研究的热点。本文针对目前用于基因电路同步的两种主要方法，耦合机制和外部控制手段的优缺点进行了分析，设计了利用耦合机制和外部控制手段实现细胞间repressilator同步的基因电路；结合革兰氏阴性菌中的群体感应机制，完成了细胞间通讯模块的设计；利用反终止因子与转录因子相比，在转录调控方面的优点，完成了同步信号生成电路的设计；建立了细胞间repressilator同步电路的生化反应模型和常微分方程模型，研究了外部注入的周期、幅度和占空比对同步效果的影响。研究结果表明，本文所提出的利用耦合机制和外部控制手段实现细胞间repressilator电路同步的方法，克服了耦合机制无法控制同步起始的问题，改善了外部控制手段鲁棒性差的缺点，相同条件下同步效果更好；通过分析外部注入的周期、幅度、占空比等参数对同步性能的影响，得到了同步性能参数R>0.9时，各参数的范围，且该电路具有较好的抗干扰能力；针对参数R无法识别是否起振的问题，结合了起振条件和R参数两个方面，对同步性能进行评价。