预测基因开关对噪声的不对称响应

我们提出了一种简单的分析工具，可近似洞察受单一主导源弱且快噪声影响的非线性系统的稳态行为，例如描述基因开关的动力学方程，其中一种底物浓度围绕恒定均值波动。所提出的方法能够预测由噪声引起的稳态偏移所导致的基因开关对噪声的不对称响应。该方法已在 lac 操纵子调控网络的一个示例模型上进行了测试：这是一个具有波动胞外乳糖浓度的简化 Yildirim-Mackey 模型。我们解析计算了噪声存在下系统稳态的偏移。解析计算结果与噪声系统数值模拟结果吻合极好。模拟结果表明， underlying 生化反应的动力学结构保护了乳糖利用机制的双稳性免受环境波动的影响。我们还表明，作为噪声引起稳态偏移的结果，波动的存在以选择性方式稳定了系统行为：虽然外在噪声在一定程度上促进了乳糖代谢的关闭，但同样的噪声阻止了其开启。