확률적 유전자 발현의 평균·분산 제어를 위한 인실리코 PI 제어

본 논문은 세 부분으로 구성된 체계적인 연구를 통해, 확률적 유전자 발현 시스템의 평균 및 분산을 인실리코(컴퓨터 기반) 제어기로 조절하는 방법론을 제시한다. **1. 서론 및 배경** 유전자 발현의 변동성은 세포 수준에서 중요한 현상이며, 이를 제어하기 위한 두 가지 접근법이 있다. 하나는 세포 내부에 생물학적 회로를 삽입하는 ‘인-비보(in‑vivo)’ 제어이며, 다른 하나는 외부에서 측정·제어 신호를 주는 ‘인-실리코(in‑silico)’ 제어이다. 후자는 광유전학, 마이크로플루이딕스 등으로 전사율을 조절하고, 형광 단백질을 통해 평균·분산을 실시간 측정한다. 본 연구는 이러한 인-실리코 환경을 전제로, 확률적 반응 네트워크의 모멘트 방정식을 이용해 제어 설계를 수행한다. **2. 평균 제어를 위한 단일 PI 제어기** 먼저 가장 단순한 4단계 유전자 발현 모델(전사, mRNA 분해, 번역, 단백질 분해)을 고려한다. 평균 동역학은 선형 2차 시스템 \