基因电路中的噪声诱导跃迁：针对慢噪声的微扰方法

我们考虑一类受非线性外源噪声影响的通用基因电路。为处理该非线性，我们引入一种通用的微扰方法，其基于假设噪声与基因动力学之间存在时间尺度分离，且涨落表现出大但有限的关联时间。我们将该方法应用于拨动开关（toggle switch）的情形，并通过考虑生物学上相关的对数正态涨落，发现系统表现出噪声诱导跃迁。在参数空间中确定性单稳态的区域，系统变为双模态。我们表明，通过纳入高阶修正，我们的方法即使对关联时间并非很大的涨落也能正确预测跃迁的发生，从而克服了以往理论方法的局限。有趣的是，我们发现，在中等噪声强度下，拨动开关中的噪声诱导跃迁影响其中一个相关基因，而不影响另一个。