研究人员成功模拟分子生物钟

　　 

生物通报道：最近，纽约大学的研究人员成功地构建了一个细胞内的哺乳动物生物钟模型，这个生物钟反映出了分子与DNA的快速反应如何成为产生可靠的24小时节律的必须条件。他们还发现如果细胞中没有固有的分子的随机相互作用，生物节律就可能变乱。这些发现公布在最近的Proceedings of the National Academy of Science上。

纽约大学的Daniel Forger和Charles Peskin构建了生物钟的一个数学模型，这个模型模拟了发生在每个哺乳动物细胞中的数百个与生物钟相关的分子反应。

生物钟的精确度非常高，通常每天的误差在1分钟之内。但是，到目前为止了解生物钟的工作原理仍然是研究人员的一大挑战，这部分是因为24小时节律是细胞内一个复杂分子反应网络的一个自然特性。另一个原因则因为分子的相互反应本身是随机发生的，这一点又引出了另一个问题：具有这样不精确的组分的时钟如何能走时如此准确呢?消除分子噪音的一个方法就是弄清大量分子的反应，但是这又受到细胞中一些分子种类的少数分子的限制。

为了模拟哺乳动物这些生化反应细胞内分子时钟的随机本质，Forger和Peskin利用了现有的Gillespie方法。这种方法能够在这些生化反应发生时跟踪系统的每种分子的整数变化。通过分别模拟每种分子来排除模型中的数学假设。

计算机模拟结果表明如果影响基因表达的调节分子在一分钟之内与DNA结合和快速分开则能够实现可靠的24小时节律。研究人员还发现细胞中有许多分子不是维持生物节律所必须的。当移除所有CRY1或CRY2而保持其它分子不变时能够使生物钟更加精确。当模拟PER2突变时，他们发现生理节奏的振动只有在分子噪音的存在下才能维持。这可能有助于解释一些有关PER2突变的相互矛盾的实验结果。