[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010460876.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111624881B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃書(shū)賢;劉峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 彭建怡

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法及系統(tǒng)，針對(duì)細(xì)胞免疫中的一種群體感應(yīng)系統(tǒng)，提出了對(duì)該系統(tǒng)的穩(wěn)定性及同步控制。本發(fā)明研究了同步情況下的投影同步控制，即驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與響應(yīng)系統(tǒng)之間按呈比例關(guān)系，而比例系數(shù)是隨機(jī)的。這種同步在群體感應(yīng)的背景下，可以更好的觀(guān)測(cè)群體感應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其他性能，放大群體感應(yīng)過(guò)程中的種種信息交流過(guò)程。將同步引入群體感應(yīng)系統(tǒng)中，也是人類(lèi)對(duì)于生物技術(shù)的又一進(jìn)步，進(jìn)一步研究后，可以以此控制細(xì)胞的生命活動(dòng)，對(duì)生命科學(xué)也具有重大意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于基因網(wǎng)絡(luò)同步控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，群體感應(yīng)受到了廣泛關(guān)注，自1996年首先在細(xì)菌中被發(fā)現(xiàn)至今，在環(huán)境保護(hù)，疾病防治等方面得到了突破和進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)業(yè)方面，群體感應(yīng)也逐漸得到生物學(xué)家及農(nóng)學(xué)家的重視。具體來(lái)說(shuō)，全球面臨的人口增長(zhǎng)伴隨的食物短缺問(wèn)題，在耕地面積有限的情況下，群體感應(yīng)抑制劑可以通過(guò)影響致病原菌基因的表達(dá)，來(lái)達(dá)到控制病原菌密度的效果，密度降低可以有效地減少其危害農(nóng)作物的能力，降低病原菌對(duì)植物的危害程度，生產(chǎn)出高產(chǎn)且質(zhì)量?jī)?yōu)良的糧食作物。

群體感應(yīng)現(xiàn)象存在于細(xì)菌和真菌中。群體感應(yīng)也影響生物的發(fā)光，和植物共生等自然界的菌落行為，影響生物膜的形成，有些通過(guò)抑制群體感應(yīng)阻斷通訊引起細(xì)菌感染病原體，也會(huì)影響細(xì)胞sRNA的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，群體感應(yīng)現(xiàn)象也與生物群游現(xiàn)象密切相關(guān)。以上種種現(xiàn)象表明，對(duì)群體感應(yīng)的研究是非常必要的，因此基于群體感應(yīng)研究進(jìn)行細(xì)胞生命活動(dòng)追蹤，是微生物學(xué)研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)之一。

目前，主要以數(shù)學(xué)建模的形式對(duì)群體感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和控制，其中，首先，要建立模擬系統(tǒng)生物功能的數(shù)學(xué)模型；為了更進(jìn)一步的研究群體感應(yīng)的作用原理，人們針對(duì)不同類(lèi)型的群體感應(yīng)系統(tǒng)，總結(jié)出了不同的模型，抽象出數(shù)學(xué)模型進(jìn)而更好的分析研究群體感應(yīng)。其中，抽象出的數(shù)學(xué)模型包括：

非線(xiàn)性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，其大致包括對(duì)混沌、分岔和同步等幾類(lèi)動(dòng)力學(xué)行為的研究。與線(xiàn)性系統(tǒng)模型不同的是，非線(xiàn)性系統(tǒng)不能應(yīng)用疊加原理，且，非線(xiàn)性系統(tǒng)的穩(wěn)定性情況復(fù)雜。因?yàn)椋蔷€(xiàn)性系統(tǒng)可能有多個(gè)平衡狀態(tài)，且在不同的平衡狀態(tài)都是有可能穩(wěn)定有可能分岔的。穩(wěn)定亦或是分岔，都與系統(tǒng)的初始條件下有關(guān)，且與系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)也有密不可分的關(guān)系。起始點(diǎn)不同，時(shí)滯不同，系統(tǒng)的狀態(tài)是穩(wěn)定或者不穩(wěn)定就可能不同。相比于線(xiàn)性系統(tǒng)，非線(xiàn)性系統(tǒng)更加側(cè)重于具體問(wèn)題具體分析。由于數(shù)學(xué)計(jì)算上的復(fù)雜性，非線(xiàn)性系統(tǒng)至今沒(méi)有一個(gè)特定完整的模型去描述概況，在這種前提下，建議一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行細(xì)胞生命活動(dòng)追蹤就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)由于數(shù)學(xué)計(jì)算上的復(fù)雜性，非線(xiàn)性系統(tǒng)至今沒(méi)有一個(gè)特定完整的模型去描述缺陷，提供一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法，包括以下步驟：

S1、基于群體感應(yīng)系統(tǒng)，所述群體感應(yīng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)模型和響應(yīng)模型，分別構(gòu)建驅(qū)動(dòng)模型和響應(yīng)模型在群體感應(yīng)背景下的感染模型；

S2、基于步驟S1構(gòu)建的感染模型，對(duì)群體感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到若干個(gè)自由平衡點(diǎn)，通過(guò)自由平衡點(diǎn)判斷在系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候，執(zhí)行下一步驟；

S3、添加滑膜控制器u(t)到響應(yīng)模型中，根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)律，調(diào)整群體感應(yīng)系統(tǒng)的控制參數(shù)；用投影同步控制方法，利用驅(qū)動(dòng)模型的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)響應(yīng)模型，當(dāng)響應(yīng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的誤差函數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，反應(yīng)的同步誤差都趨近于0時(shí)，即實(shí)現(xiàn)基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制，且，基于同步控制后的基因網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制細(xì)胞的生命活動(dòng)；其中：

e＝[e₁ e₂ e₃]^T；