同时生物振子相互作用如何

振荡动力学在基本的生物过程,如生物钟、分割、和转录因子的响应,需要精确定量控制适当的细胞调节和命运的决定。

由多个振荡信号,许多生物振子的影响,他们的行为是理解的框架通过阿诺德舌头。然而,这种方法简化了形势一个外部信号和一个内部振荡器,这太过简单化真正的生物系统。我们理解一个振荡器如何回应目前不足两个或两个以上的外部振荡信号。

现在,一个联合研究小组从深圳先进技术研究院(SIAT)中国科学院和哥本哈根大学的尼尔斯·波尔研究所已经建造了一个酵母合成振动系统可以应对双重振荡信号。紧密整合实验和数学建模,研究人员已发现多个振荡信号和独特的合作效应阶段监管的现象。这些发现表明小说路径控制振荡动力学在天然和合成生物系统。

这项工作发表在电池系统5月17日。

在这项研究中,研究人员修改之前构造合成振荡器在酵母收购dual-response振荡器。他们验证系统可以同步周期α-factor和乙醇,因此代表tri-coupled振荡系统。数学模型也得到适合的参数和预测结果。

使用这些方法,研究人员发现,两个一起振荡信号可以显著扩大夹带,提高同步的细胞的比例,和延迟的发生混乱。这些结果表明,两个振荡信号没有线性组合的,但合作稳定同步。

“我之前并没有听说过这样的令人惊讶的现象,它很有趣,它是在生物环境中公布。此外,依据这一现象提供了理论上和实验上都使用合成电路,这是一个令人印象深刻的绝技,”一位匿名评论者的表示。

此外,研究人员发现,两个外部振荡信号之间的相位差是一个内部振荡器的动力学的关键参数。通过调优这个相位差,可以整合内部的振荡幅度,而振荡频率保持不变。进一步表明,最佳的相位差是紧密相关的自然系统的不同组件之间的相位差free-oscillating条件。

最后验证阶段的监管机制,研究人员调查了是否调优振荡信号之间的相位差会影响下游基因的转录。尽管噪音的存在,他们发现基因表达水平确实明显受到相位调制的影响,进一步与不同内部振荡器的振幅。

“我们新颖的合成细胞信号系统,加上数学建模,作为一个强大的平台来研究这种复杂的生物学问题,”魏萍教授说,这项研究的共同通讯作者。“结果这里提出扩大我们的理解生物耦合振子和强调一个正确的时间模式的重要性在生物的监管。我们希望这些发现可能激励科学家们更广泛的学科。”

参考:Heltberg女士,江泽民Y, Y粉丝,et al .耦合振荡器协同控制机制在生物钟学。电池系统。2023;14 (5):382 - 391. - e5。doi:10.1016 / j.cels.2023.04.001

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