Adaptive Response of a Gene Network to Environmental Changes by Fitness-Induced Attractor Selection

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17183678

細胞は環境に応じてその遺伝子発現パターンを変化させる。しかし無限に存在する外的環境に対して一対一対応にsignal transduction machineriesを有することは非合理的である。そこでattractor選択により細胞が外的環境へ適応する仕組みについて調べた。
mutually inhibitory operonsをもつ遺伝子を合成しE.coliに導入した。

最初は相互抑制が弱くbistabilityが発現しない。mediumにN.A.を加え細胞増殖速度を落としgene productのtotalを増やすとbistabilityがみられ、2つのattractorが現れた。

mediumを交換するごとに細胞のG/R ratioはattractorを遷移するように変化した。細胞の分布の変化は、attractor間における細胞増殖速度の差によるものではない。不適切なattractorにおける細胞はそのactivityが低下し、その遺伝子発現パターンにおけるfluctuationの影響が相対的に大きくなる。するとattractor間の状態遷移を起こしやすくなり最適化されたattractorへと移動する。その結果全体の細胞の分布が最適attractorの方への遷移する。

シュミレーションによる遺伝子産物量の変化とcellular activity。

noise-drivenな細胞の運命決定はsignal transductionに比べて非効率的ではあるが、fluctuateする環境にたいしてDarwinism的な適応性を有する。