Исследователи из Италии, Японии и Польши стремятся указать путь к единой теории того, как ДНК меняет форму при экспрессии генов. Представляя свою работу в Biophysics Reviews, опубликованной AIP Publishing, ученые используют подход, называемый статистической механикой, для изучения феномена так называемых волн экспрессии регуляции генов.
Группа надеется преодолеть давнюю пропасть между двумя научными областями, наиболее вовлеченными в эту тему.
«Многие ученые, находящиеся на перекрестке между физикой и биологией, сейчас подходят к решению, вероятно, самой важной загадки биологии», – сказал соавтор Алессандро Джулиани. "Как это возможно, что, исходя из одного и того же генетического фона в оплодотворенной яйцеклетке, может возникнуть около 400 высокодифференцированных типов клеток, каждый из которых наделен определенной физиологической ролью??"
Теории, основанные на биологии, часто сосредотачиваются на белках-регуляторах, называемых факторами транскрипции, которые биохимически проводят симфонию генов, которые вместе экспрессируются. Напротив, многие физики сосредоточились на волнах экспрессии, ритмических изменениях уровней экспрессии в геноме, вызванных релаксацией и конденсацией самой молекулы ДНК.
«Это что-то вроде так называемого хола, распространенного в футболе и других спортивных мероприятиях, когда зрители встают, одновременно вызывая« волну », распространяющуюся по всему стадиону», – сказал Джулиани.
Чтобы разобраться в сути проблемы, группа сосредотачивается на конкретном типе клеток, обнаруживаемых при раке груди, с подтвержденным опытом последовательного поведения в отношении раздражителей.
Они использовали статистическую механику, чтобы понять, как складываются молекулы ДНК, оценивая коллективное поведение огромного количества микроскопических игроков с точки зрения свойств ансамбля, в отличие от классических перспектив сверху вниз, таких как законы Ньютона.
В конечном итоге исследователи остановились на волнах экспрессии, признав, что, хотя факторы транскрипции играют жизненно важную роль, они являются второй скрипкой по отношению к изменяющейся форме ДНК.
Чтобы объединить эти две точки зрения, авторы представляют свой вывод, используя концепции, общие для биологии и физики, ограничивая использование математики интуитивными подходами, такими как количественный анализ повторяемости и классический статистический метод анализа главных компонент.
Затем они стремятся применить тот же подход к определению экологических переломных моментов на основе состава видов в конкретных средах обитания.