《生物網路動力學中非平衡態理論的若干研究》是依託吉林大學，由徐留芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物網路動力學中非平衡態理論的若干研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐留芳
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生命的奧秘吸引著越來越多的數理學家參與到系統生物學前沿領域的研究中。研究者認為，細胞是一個充滿隨機噪聲和強烈漲落的多層次的有序結構，細胞中的生化反應體系可看作遠離平衡態的系統。通過建立適用於非線性非平衡態系統的隨機熱力學理論，並將其套用於對生物網路功能模組的研究，研究者不斷揭示出存在於生物網路中的普適性設計原理，進而探索生命的本質。本項目以基因調控網路中的自反饋迴路和信號轉導通路中的磷酸化-去磷酸化環路、若干典型的三節點相互作用網路結構以及實際生物網路中的噪聲影響和作用等為研究對象，計畫從生化反應的隨機機率描述- - 含體積參數的化學反應主方程出發，通過模擬計算生化反應系統的有效勢景觀和穩態機率流，來解決生物網路功能模組的全局穩定性、非平衡相變等動力學問題，進而分析噪聲在執行生物學功能中的影響和作用。
結題摘要
近年來，與生命科學相關的非平衡系統的問題研究，無論從理論還是從實驗上都發展迅速。本項目主要研究了充滿隨機噪聲和漲落的細胞內部，基因調控網路的轉錄與翻譯相關的功能模組設計的普適性問題，以及基於實驗研究小RNA介導的實際生物網路的噪聲回響問題；還有利用我們發展的非平衡穩態流理論研究與生化反應震盪相關的生物網路的全局穩定性和非平衡相變問題。通過研究我們發現，在原核生物調控中，同一操縱子控制的不同基因的表達水平，會受到從轉錄過程傳遞的噪聲影響，但是翻譯速率的改變可以最大程度地調節不同基因的表達水平；催化式小RNA在介導多個靶標mRNA調控即四節點調控模組中，呈現出比單靶標mRNA調控即三節點調控模組更豐富的生物功能，如開光特性和串擾能力；能量泵入在Schnakenberg模型中引起的生化震盪反應，實際上是一種由非零環流引起的非平衡相變，該相變的本質是引起反應體系的時間對稱性破缺。本項目的研究都是面向解決有趣的生命科學背後的作用機理，並試圖給出比較普適性的結論。
