Utilizando un marco analítico simple para eventos aleatorios dentro de un sistema predecible, los biólogos computacionales han encontrado una nueva forma de modelar con precisión ciertas formas de expresión génica, incluido el reloj interno de 24 horas del cuerpo. Este nuevo enfoque de aplicar un proceso de Markov determinista por partesPDMP a la expresión génica podría informar posibles principios de diseño para biólogos sintéticos.
"En este estudio, desarrollamos un método simplificador para reducir una clase de modelos de expresión génica comúnmente adoptados a un modelo matemático, el PDMP, porque es más fácil de analizar y simular que los modelos anteriores", dijo Yen Ting Lin, autor correspondientedel estudio y un matemático aplicado en la División Teórica y el Centro de Estudios No Lineales en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.
Nicolas E. Buchler, de la Universidad de Duke y el Centro de Biología Genómica y Computacional, es coautor del estudio, que aparece hoy en la revista Interfaz de la Royal Society.
Lin dijo que el nuevo modelo resultó ser un lenguaje muy natural para describir la dinámica de la expresión de genes eucariotas. Los modelos matemáticos para la cinética de las reacciones químicas, en este caso, el proceso de expresión de genes, a menudo asumen eso, porquealgunos procesos están reaccionando a una escala de tiempo mucho más rápida, el promedio puede usarse como una técnica analítica. Sin embargo, experimentos recientes sugieren que dicho promedio rápido puede no ser cierto.
Los experimentos unicelulares muestran que la expresión génica es aleatoria y "explosiva", dijo Lin, una característica que puede surgir del cambio lento entre estados promotores con diferentes actividades. Los promotores ayudan a regular la expresión génica, pero cómo se activan y el impacto dela cinética sigue siendo esquiva. Una fuente de estados promotores de larga duración es la cinética de unión y desunión lenta de los factores de transcripción a los promotores. El estudio encontró que el modelo matemático PDMP describe con precisión la dinámica aleatoria o estocástica de la expresión génica en los no adiabáticosrégimen donde la cinética del promotor es lenta y no puede ocurrir un promedio rápido.
El estudio actual encontró que la dinámica oscilatoria podría ser más robusta de lo que se pensaba anteriormente, porque la cinética del promotor lento puede inducir oscilaciones confiables que un promotor de cambio rápido no puede hacer.
"Los posibles mecanismos para regular la coherencia de la oscilación, como un organismo vivo habría evolucionado para desarrollar un ritmo circadiano robusto, o reloj biológico diario, también pueden revelarse a partir de los análisis teóricos", dijo Lin. "Estas hipótesis merecen futuroverificación experimental."
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Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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