萊斯大學(xué)和羅格斯大學(xué)的研究人員開發(fā)的一種新方法可以幫助科學(xué)家了解生化網(wǎng)絡(luò)并不總是按預(yù)期運行的方式和原因。為了測試這種方法，他們分析了引起結(jié)核病的細菌的應(yīng)激反應(yīng)并預(yù)測了新的相互作用。
今天發(fā)表的PLOS 計算生物學(xué)論文描述了這些結(jié)果。
萊斯大學(xué)生物工程副教授、首席研究員奧列格·伊戈辛 (Oleg Igoshin) 表示：“在過去的幾十年里，生物科學(xué)家已經(jīng)生成了大量有關(guān)生化網(wǎng)絡(luò)的信息，即活細胞內(nèi)發(fā)生的一系列反應(yīng)。”
“我們開始了解這些網(wǎng)絡(luò)如何控制生物反應(yīng)的動態(tài)，即生物分子濃度如何隨時間變化的精確性質(zhì)，”他說。“但迄今為止，只制定了一些將動態(tài)響應(yīng)與底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來的一般規(guī)則。我們的定理提供了另一個這樣的規(guī)則，因此可以廣泛適用。”
該定理使用了控制理論的方法，控制理論是工程和數(shù)學(xué)的跨學(xué)科分支，處理有輸入的動力系統(tǒng)的行為。該定理闡述了基礎(chǔ)生化網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)單調(diào)觸發(fā)而顯示非單調(diào)動力學(xué)的條件。例如，它可以解釋基因的表達首先加速，然后減慢并恢復(fù)正常。(單調(diào)響應(yīng)總是增加或總是減少;非單調(diào)響應(yīng)先增加然后減少，反之亦然。)
該定理指出，只有當系統(tǒng)的輸出從輸入接收到?jīng)_突的消息時，才可能出現(xiàn)非單調(diào)響應(yīng)，從而路徑的一個分支激活它，而另一個分支則停用它。
伊戈辛說，如果在似乎缺少此類沖突路徑的系統(tǒng)中觀察到非單調(diào)響應(yīng)，則意味著某些生化相互作用仍未被發(fā)現(xiàn)。
“我們所做的是找出人們觀察到但無法解釋的動態(tài)現(xiàn)象的機制，這似乎與當前的知識狀況不一致，”他說。
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