นักคณิตศาสตร์เผยกลไกการคงอยู่ของจังหวะชีวภาพ
โดย:
SD
[IP: 165.231.178.xxx]
เมื่อ: 2023-04-29 15:44:47
Jae Kyoung Kim ซึ่งเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ใน Department of Mathematical Sciences ที่ KAIST ได้ทำนายว่าวงจรชีวภาพเหล่านี้สร้างจังหวะและควบคุมความทนทานของมันได้อย่างไร โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ตามสมการเชิงอนุพันธ์และการสุ่มตัวอย่างพารามิเตอร์สุ่ม จากการคาดการณ์ของเขา โดยใช้ชีววิทยาสังเคราะห์ ทีมวิจัยที่นำโดย Matthew Bennett แห่งมหาวิทยาลัยไรซ์ ได้สร้างวงจรทางชีววิทยาแบบใหม่ที่ครอบคลุมแบคทีเรีย 2 สายพันธุ์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม สายพันธุ์หนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น และอีกตัวหนึ่งเป็นตัวกดเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนในหลายๆ สายพันธุ์ ชนิดของเซลล์ และพบว่าวงจรสร้างจังหวะที่แข็งแกร่งอย่างน่าประหลาดใจภายใต้สภาวะต่างๆ ผลการวิจัยที่ดำเนินการร่วมกับ KAIST (Korea Institute of Science and Technology), Rice University และ University of Houston ได้รับการตีพิมพ์ในScience (ฉบับวันที่ 28 สิงหาคม 2015) วิธีการวิจัยจากบนลงล่างซึ่งมุ่งเน้นไปที่การระบุส่วนประกอบของวงจรชีวภาพ จำกัดความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกลไกที่วงจรสร้างจังหวะ อย่างไรก็ตาม ชีววิทยาสังเคราะห์ นักคณิตศาสตร์ ซึ่งเป็นสาขาที่เติบโตอย่างรวดเร็วในส่วนติดต่อของชีววิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ใช้วิธีการจากล่างขึ้นบน นักชีววิทยาสังเคราะห์สามารถสร้างวงจรที่ซับซ้อนจากส่วนประกอบที่เรียบง่ายกว่า และวงจรพันธุกรรมใหม่เหล่านี้บางส่วนมีความสามารถในการผันผวนเพื่อควบคุมการผลิตยีน ในทำนองเดียวกับที่วิศวกรไฟฟ้าเข้าใจว่าวงจรไฟฟ้าทำงานอย่างไรในขณะที่สร้างแบตเตอรี่ ตัวต้านทาน และสายไฟ นักชีววิทยาสังเคราะห์สามารถเข้าใจวงจรชีวภาพได้ดีขึ้นหากนำยีนและโปรตีนมาประกอบเข้าด้วยกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความซับซ้อนของระบบชีวภาพ จึงจำเป็นต้องใช้ทั้งการทดลองและการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ควบคู่กันไปในการออกแบบวงจรชีวภาพเหล่านี้และทำความเข้าใจการทำงานของมัน ในงานวิจัยนี้ วิธีการแบบสหวิทยาการได้พิสูจน์ว่าวงจรเซลล์เดียวแบบสังเคราะห์สร้างจังหวะที่แข็งแกร่งเพื่อสร้างระบบจุลินทรีย์ที่ทำงานร่วมกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของ Kim เสนอแนะและการทดลองยืนยันว่าการมีวงจรป้อนกลับเชิงลบนอกเหนือไปจากลูปป้อนกลับเชิงลบแบบถอดรหัสหลักสามารถอธิบายความแข็งแกร่งของจังหวะในระบบนี้ได้ ผลลัพธ์นี้ให้เบาะแสที่สำคัญเกี่ยวกับกลไกพื้นฐานของการสร้างจังหวะที่แข็งแรงในระบบทางชีววิทยา นอกจากนี้ แทนที่จะสร้างวงจรทั้งหมดภายในแบคทีเรียสายพันธุ์เดียว วงจรนี้ถูกแยกออกเป็นสองสายพันธุ์ของแบคทีเรีย Escherichia coli เมื่อสายพันธุ์เติบโตขึ้นด้วยกัน แบคทีเรียจะแลกเปลี่ยนข้อมูล ทำให้วงจรสมบูรณ์ ดังนั้น งานวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นว่าโดยการควบคุมแต่ละเซลล์ภายในระบบ จะสามารถควบคุมระบบทางชีววิทยาที่ซับซ้อนได้อย่างไร ซึ่งจะมีอิทธิพลต่อกันและกัน (เช่น ไมโครไบโอมในลำไส้ของมนุษย์)
- ความคิดเห็น
- Facebook Comments
