是什么导致了 lac 通路切换：识别基因调控系统中触发表型切换的波动

多稳态基因调控系统在相同的外部条件下维持不同水平的基因表达。这种多稳态性被用于编码表型状态，涉及细菌的营养摄取和持久性、病毒感染中的命运选择、细胞周期控制和发育等过程。不同表型之间的随机切换可能是由于转录、翻译、运输和结合过程中产生的 mRNA 和蛋白质分子拷贝数的随机波动所致。然而，通路中哪个组分触发了这种转变通常是未知的。通过将大肠杆菌 (E. coli) 乳糖摄取通路的单细胞实验与分子模拟相结合，我们设计了一种通用方法来 pinpoint 驱动表型切换的特定波动，并将此方法应用于 lac 基因从未诱导态到诱导态的转变。我们发现，向诱导态的转变不仅仅由 lac 阻遏蛋白解离的单一事件引起，还关键地取决于阻遏蛋白保持与 lac 操纵子解离的时间段。我们在具有高表达水平阻遏蛋白的菌株中证实了这一观点（导致 lac 操纵子保持解离的时间段较短），这些菌株显示出降低的切换率。我们的技术普遍适用于多稳态基因调控系统，并能够识别基因调控电路中随机转变背后的分子机制。