λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建模與分析.pdf

1、λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究是在分子水平上研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)甚至是調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的典型案例，也是系統(tǒng)生物學(xué)和合成生物學(xué)的基礎(chǔ)性研究。因此，對(duì)該基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究具有及其重要的意義。λ噬菌體侵染大腸桿菌后一般會(huì)進(jìn)入以下兩種遺傳狀態(tài)之一：溶源狀態(tài)或裂解狀態(tài)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和理論研究發(fā)現(xiàn)λ噬菌體侵染大腸桿菌的溶源狀態(tài)十分穩(wěn)定，甚至比其基因組的突變率還要穩(wěn)定。以往的研究中，一些實(shí)驗(yàn)和理論研究模型已經(jīng)證明了因?yàn)楦邼舛纫种频鞍祝–I2蛋白）的存在而使得野

2、生型λ噬菌體（簡(jiǎn)寫(xiě)為WT）的溶源態(tài)變得及其穩(wěn)定。也有一些理論研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些λ噬菌體突變體也具有類(lèi)似野生型λ噬菌體的雙穩(wěn)態(tài)及溶源/裂解轉(zhuǎn)換性質(zhì)。然而，由于缺乏理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)一步深入研究，λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的溶源狀態(tài)的穩(wěn)定性及其突變體的雙穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)換性質(zhì)和其他未知的生物學(xué)特性還需要更進(jìn)一步地深入探究，以發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)的其他特性和提供更加具有說(shuō)服力的和綜合的證明依據(jù)。
　　在本文中，我們通過(guò)了解和確定λ噬菌體侵染大腸

3、桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要組件，選取具有決定性的調(diào)控作用，弄清調(diào)節(jié)因子和操縱位點(diǎn)的相互作用機(jī)理，把一系列相互作用模擬成生化方程，最終依靠微分方程理論推導(dǎo)、求解生化方程，成功地構(gòu)建了一個(gè)用于描述和研究野生型和突變體λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)的生物學(xué)行為和生命規(guī)律的基礎(chǔ)理論模型。通過(guò)該理論模型研究，我們發(fā)現(xiàn)野生型λ噬菌體和其突變體都具有雙穩(wěn)態(tài)行為和溶源/裂解轉(zhuǎn)換性質(zhì)，該模型的理論預(yù)測(cè)結(jié)果同實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是基本一致的。接著，我們研究CI2

4、蛋白綁定到大腸桿菌右側(cè)操縱子的第一個(gè)位點(diǎn)（簡(jiǎn)寫(xiě)為OR1）和第二個(gè)位點(diǎn)（簡(jiǎn)寫(xiě)為OR2）的協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)該協(xié)同作用在野生型λ噬菌體系統(tǒng)溶源態(tài)的建立和維持中發(fā)揮著重要的作用。再者，我們也研究了在溶源態(tài)建立和維持中也發(fā)揮重要作用的CI2蛋白綁定到左、右操縱子（簡(jiǎn)寫(xiě)為OL、OR）的協(xié)同性。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)CI2蛋白的這兩種重要協(xié)同作用是使得溶源態(tài)及其穩(wěn)定的重要原因。最后，我們從信息熵的熱力學(xué)角度研究了該模型中的三種狀態(tài)：溶源態(tài)、裂解態(tài)和鞍點(diǎn)的熱力學(xué)性

5、質(zhì)，并推測(cè)鞍點(diǎn)的熵最高，裂解態(tài)次之，溶源態(tài)最低。研究結(jié)果與我們推測(cè)的結(jié)果基本上是一致的。因?yàn)閺?fù)雜的生命體都有熵增加的趨勢(shì)，所以它必須從環(huán)境中吸取負(fù)熵以中和正熵的產(chǎn)生，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定有序的狀態(tài)。λ噬菌體侵染大腸桿菌的溶源態(tài)是最穩(wěn)定有序的，因此我們從熵的物理學(xué)角度進(jìn)一步證明了溶源態(tài)如此穩(wěn)定的原因，這也從另一方面論證了薛定諤“生命是以負(fù)熵為生的”觀點(diǎn)。
　　我們的研究結(jié)果將給其他研究λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的科研工作者提供新的