„Diese Simulationen sind schwierig durchzuführen und zu deuten, weil viele vorbildlichen Parameter nicht sind oder nicht experimentell gemessen werden können. Außerdem weil es so viele verbundenen Bestandteile im Netz gibt, ist es schwierig, zuverlässige Vorhersagen zu bilden,“ sagte van Oudenaarden.

Wechselweise kann ein komplexes System als „Flugschreiber behandelt werden,“, wo Sie nicht wissen, was das Vorkommnis Innere ist, aber es herausfinden können, indem Sie die Systemantwort zu den periodischen Eingängen analysieren. Diese Annäherung ist, am meisten benutzt in den Technikdisziplinen aber ist selten angewendet worden, um biologische Bahnen zu analysieren. Die Technik ist sehr General und könnte verwendet werden, um jede zellulare Bahn mit messbaren Eingängen zu studieren und Ausgänge, van Oudenaarden sagten.

„Sie möchten nicht den Kasten öffnen, aber Sie möchten ihn rütteln wenig,“ sagte er. „Das Vergleichen der Antwort, wenn Sie ihn schnell zu rütteln, wenn Sie ihn langsam rütteln, deckt wichtige Informationen auf, über die chemische Reaktionen in der Bahn beherrschen die Antwort.“

In der neuen Studie ist der „Flugschreiber“ eine Bahn, die mindestens 50 Reaktionen mit einbezieht. Die Bahn ist aktiviert, wenn Hefezellen einer Änderung im osmotischen Druck ihrer Umwelt z.B. ausgesetzt werden wenn Salz ihren Wachstummitteln hinzugefügt wird.

Die Forscher steuerten die Eingänge (Stösse des Salzes) und maßen Ausgang (Tätigkeit der Kinase Hog1, ein Enzym mit einer entscheidenden Rolle in der Hefe Salz-betonen Antwort).

Sie setzten die Zellen Salzstössen der unterschiedlichen Frequenz aus, dann verglichen jene Eingänge mit der resultierenden Tätigkeit Hog1.

Unter Verwendung dessen Daten und Standardmethoden von Systemtechnik, kamen sie mit zwei Differenzialgleichungen auf, die die drei Hauptrückkopplungsschleifen in der Bahn beschreiben: eine, die Maßnahmen fast sofort ergreift und Unabhängiges der Kinase Hog1 ist und zwei Rückgespräche (eins schnell und eins langsam) die durch Hog1 gesteuert werden.

Die schnellen Rückgespräche verhindern die Hefezelle an oben shriveling, während Wasser aus der Zelle heraus in die salzigere Umwelt hetzt. Das wird vollendet, indem man die zellulare Konzentration des Glyzerins, eine Nebenerscheinung vieler Zellenreaktionen erhöht. Das Vorhandensein des Glyzerins innerhalb der Zelle balanciert das Extrasalz außerhalb der Zelle, also ist Wasser nicht mehr unter osmotischem Druck, die Zelle zu lassen.

Kurzfristig wird Glyzerinkonzentration sofort durch das Blockieren des unveränderlichen Stromes des Glyzerins erhöht, das normalerweise die Zelle herausnimmt. In der langfristigen Rückkopplungsschleife geht Hog1 zum Kern und aktiviert eine Bahn, die Übertragung der Gene verursacht, die Enzyme produzieren, die mehr Glyzerin synthetisieren. Dieser Prozess nimmt mindestens 15 Minuten.

Während der Salzschläge tritt die kurzfristige Antwort innen sofort, aber die Zellen leiten auch die längerfristigen Antworten ein.

Andere Autoren des Papiers sind Jerome Mettetal, eine neue Empfänger MIT-PhD; Tal Muzzey, ein Student im Aufbaustudium in der Biophysik in Harvard; und Carlos Gómez-Uribe, ein Student im Aufbaustudium in der Abteilung Harvard-MIT der Gesundheits-Wissenschaften und der Technologie.

Die Forschung wurde von der National Science Foundation und von den nationalen Instituten der Gesundheit finanziert.

Geschrieben durch Anne Trafton, MITnachrichten-Büro