KAIST-Wissenschaftler voraussagen, wie sich die biologischen schaltkreise sustain-Rhythmen

Unsere Körper haben eine Vielzahl von biologischen Uhren, die Folgen, Rhythmen oder Schwingungen mit Perioden bis hin von Sekunden bis Tagen. Zum Beispiel, das Herz klopft, jede Sekunde, und die Zellen teilen sich in regelmäßigen Abständen. Die innere Uhr befindet sich im hypothalamus erzeugt, vierundzwanzig-Stunden-Rhythmen, timing, unseren Schlaf und Hormonausschüttung. Wie wirken sich diese biologischen Uhren oder schaltungen generieren und aufrechterhalten der stabilen Rhythmen, die lebensnotwendig sind?

Jae Kyoung Kim, wer ist ein assistant professor in der Abteilung der Mathematischen Wissenschaften an der KAIST, hat vorhergesagt, wie diese biologischen schaltkreise erzeugen die Rhythmen und die Kontrolle Ihre Robustheit, die Verwendung der mathematischen Modellierung basiert auf differentialgleichungen und der stochastischen parameter Probenahme. Basierend auf dessen Vorhersage, die mithilfe der synthetischen Biologie, die ein Forscherteam unter der Leitung von Matthew Bennett von der Rice University konstruierte einen neuartigen biologischen Schaltkreis erstreckt sich über zwei genetisch manipulierte Stämme von Bakterien, dient als Aktivator und als repressor zur Regulierung der Genexpression in mehreren zellarten, und gefunden, dass die Schaltung erzeugt erstaunlich robust Rhythmen unter verschiedenen Bedingungen.

Die Ergebnisse der Forschung, die in Zusammenarbeit mit KAIST (Korea Institute of Science and Technology), an der Rice University und der University of Houston in Science veröffentlicht (August 28, 2015-Ausgabe). Der Titel des Papiers ist „Emergent Genetischen Schwingungen in einer Synthetischen Mikrobiellen Konsortium“.

Der top-down-Herangehensweise, die sich auf die Ermittlung der Komponenten der biologischen schaltungen, beschränkt unser Verständnis von den Mechanismen, in denen die schaltungen erzeugen die Rhythmen. Die synthetische Biologie ist ein schnell wachsendes Feld an der Schnittstelle von Biowissenschaften und-Technik, jedoch, verwendet ein bottom-up-Ansatz.

Synthetische Biologen können den Aufbau komplexer schaltungen aus einfacheren Komponenten, und einige von diesen neue genetische schaltkreise in der Lage sind, Schwankungen zu regulieren gen-Produktion. In der gleichen Weise, dass Elektro-Ingenieure verstehen, wie eine elektrische Schaltung funktioniert, wie Sie zu konstruieren, Batterien, Widerständen und Drähten, synthetischen Biologen besser verstehen können, über biologische Kreisläufe, wenn Sie Sie zusammen mit Genen und Proteinen. Jedoch, aufgrund der Komplexität der biologischen Systeme, sowohl durch Experimente und mathematische Modellierung angewendet werden müssen, hand in hand, um design diese biologischen schaltkreise und verstehen Ihre Funktion.

In dieser Forschung, die einen interdisziplinären Ansatz bewiesen, dass eine synthetische interzellulären Hausnummer Schaltung erzeugt robuste Rhythmen zu erstellen, die eine kooperative mikrobielle system. Speziell, Kim ‚ s mathematische Analyse vorgeschlagen, und die Experimente bestätigten, dass die Anwesenheit von negativen feedback-Schleifen neben einem core-Transkriptions-negative feedback-Schleife erklären kann, die Stabilität von Rhythmen in diesem system. Dieses Ergebnis liefert wichtige Aufschlüsse über die grundlegenden Mechanismen der robusten Rhythmus-generation, die in biologischen Systemen.

Ferner, anstatt den Bau der gesamten Schaltung in einem einzigen Bakterienstamm, die Strecke war aufgeteilt in zwei Stämme von Escherichia-coli-Bakterium. Wenn die Stämme waren zusammen gewachsen, die Bakterien ausgetauscht, Informationen, Abschluss der Schaltung. So, diese Forschung zeigt auch, wie durch die Regulierung der einzelnen Zellen innerhalb des Systems, komplexe biologische Systeme gesteuert werden können, die wiederum Einfluss auf jeden anderen (z.B. den Darm mikrobiom des Menschen).

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.