噪声诱导多细胞系统的同步切换

在以往的工作中讨论了对单细胞的基因开关系统噪声如何诱导连贯切换．在此,对多细胞的基因开关网络系统研究各种噪声（包括细胞内噪声和细胞环境噪声）对同步切换的影响．发现：细胞内基因调控过程中的合成率和降解率的随机涨落以及细胞内的附加噪声均能够诱导群体基因开关系统的同步切换,而且存在一个最优的噪声强度,它使得这种同步切换的效果最佳．另一方面,细胞环境的随机涨落所导致的噪声（即环境噪声）,不但能诱导上述同步切换,而且当细胞内噪声不足以诱导细胞群体的同步切换时,它通过压制内部噪声来达到增强群体系统的协作行为．最后,还分析了受噪声影响的信号分子的扩散率对细胞群体切换行为的影响．     

基因调控系统中反馈压制的噪声:慢转录情形

对于基因调控系统,噪声与反馈之间的关系一直是令人关注的话题.本文以基本的正负反馈环路为模型,同时考虑了一个重要但被以往研究忽视的因素:非平衡基因状态波动或慢转录过程(如在真核细胞中),研究了反馈对噪声的效果,导出了修正的波动-耗散关系,显示出慢转录过程的速率对噪声与反馈之间的关系有重要影响.主要的定性影响包括:在无反馈情形,慢转录总是扩大内部噪声,但这种扩大效果随着慢转录过程速率的不断变大而逐渐消失,然而慢转录对外部噪声没有影响;相反地,负反馈在慢转录情形总是减低内部噪声,但减低的程度依赖于慢转录过程的速率,而正反馈在慢转录情形总是同时扩大内部噪声和减低外部噪声,但扩大或减低的程度依赖于慢转录过程的速率.此外,用Gillespie算法验证了理论预测.本研究为从生物物理学的角度理解噪声信号在自然网络中是如何传播的奠定了基础,也对理解细胞内部过程有指导意义.