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      新的計(jì)算生物學(xué)模型準(zhǔn)確地描述了基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)
      
			
      
				2019-04-29 09:16:12
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      計(jì)算生物學(xué)家在可預(yù)測(cè)系統(tǒng)中使用簡(jiǎn)單的隨機(jī)事件分析框架，找到了一種新的方法來精確建模某些形式的基因表達(dá)，包括身體的24小時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘。這種將分段確定性馬爾可夫過程(PDMP)應(yīng)用于基因表達(dá)的新方法可以為合成生物學(xué)家提供可能的設(shè)計(jì)原則。
      

      新的計(jì)算生物學(xué)模型準(zhǔn)確地描述了基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)
      

      “在這項(xiàng)研究中，我們開發(fā)了一種簡(jiǎn)化方法，將一類普遍采用的基因表達(dá)模型簡(jiǎn)化為數(shù)學(xué)模型PDMP，因?yàn)樗纫郧暗哪Ｐ透菀追治龊湍M，”Yen Ting Lin說，相應(yīng)的作者洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室理論部和非線性研究中心的研究和應(yīng)用數(shù)學(xué)家。
      

      杜克大學(xué)的Nicolas E. Buchler和基因組與計(jì)算生物學(xué)中心合著了這項(xiàng)研究，該研究今天發(fā)表在皇家學(xué)會(huì)界面雜志上。
      

      林說，新模型是描述真核基因表達(dá)動(dòng)力學(xué)的一種非常自然的語言?；瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型 - 在這種情況下，基因表達(dá)的過程 - 經(jīng)常假設(shè)，因?yàn)橐恍┻^程在更快的時(shí)間尺度上反應(yīng)，平均可以用作分析技術(shù)。然而，最近的實(shí)驗(yàn)表明，這種快速平均可能并非如此。
      

      單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，基因表達(dá)是隨機(jī)的，并且是“突發(fā)性的”，Lin說，這一特征可能源于具有不同活動(dòng)的啟動(dòng)子狀態(tài)之間的緩慢切換。啟動(dòng)子有助于調(diào)節(jié)基因表達(dá)，但它們?nèi)绾伪患せ钜约皠?dòng)力學(xué)的影響仍然是難以捉摸的。長(zhǎng)壽命啟動(dòng)子狀態(tài)的一個(gè)來源是轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的緩慢結(jié)合和解除結(jié)合的動(dòng)力學(xué)。該研究發(fā)現(xiàn)，PDMP數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確地描述了非絕熱方案中基因表達(dá)的隨機(jī)或隨機(jī)動(dòng)態(tài)(其中啟動(dòng)子動(dòng)力學(xué)緩慢且不能發(fā)生快速平均)。
      

      目前的研究發(fā)現(xiàn)，振蕩動(dòng)力學(xué)可能比以前認(rèn)為的更穩(wěn)健，因?yàn)榫徛膯?dòng)子動(dòng)力學(xué)可以誘導(dǎo)快速轉(zhuǎn)換啟動(dòng)子無法做到的可靠振蕩。
      

      “調(diào)節(jié)振蕩一致性的可能機(jī)制，作為一個(gè)活生物體，將演變?yōu)榘l(fā)展強(qiáng)大的晝夜節(jié)律，或每日生物鐘，也可以從理論分析中揭示，”林說。“這些假設(shè)值得進(jìn)行未來的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。”
      
			

			
        
      
			
      
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