Математика для разговора про эпигенетику: эволюция генетических сетей (GRN)
Открыл для себя волшебный новый мир генетических сетей (gene regulating networks). Генетические сети начали моделировать еще в 1969 году, когда сделали первую матмодель эпигенетики (>1900 ссылок!):
Kauffman SA (1969) Metabolic stability and epigenesis in randomly constructed genetic nets. J Theor Biol 22: 437-467.
собственно в этой работе показано как один генотип может иметь несколько фенотипов (или циклов фенотипов)
Удивительная статья, так как для меня до сегодняшнего дня многие вещи связанные с эпигенетикой были с математической точки зрения загадкой. Теперь мне очень понятно как можно иметь разные виды дифф. клеток в одном геноме, бабочку и личинку (аттракторы в смысле Кауфмана) или как сделать циркадный ритм, располагая геномом как программой и эпигенетическим компьютером (цикл, по версии Кауфмана).
S. Huang, "The molecular and mathematical basis of Waddington’s epigenetic landscape: A framework for post-Darwinian biology?" - свежий безматематический обзор последних достижений ("пост-дарвиновский синтез", как они говорят, 2012 года) - интересно на уровне идеологии.
Еще одна работа, A. Chrombach, Evolution of Evolvability in Gene Regulatory Networks - пример довольно показательной симуляции эволюции генетической сети в переменных условиях внешней среды. Показано, что даже простая матмодель сети - достаточно "умная", начиная с какого-то (небольшого размера) сеть начинает набирать полезные мутации быстрее вредных, за счет моря бесполезных. В определенной степени показывает уровень исследований в области (2012 год).
В более толковых статьях показано (см например на странице исследовательской группы):
1) матэквивалентность самых разных моделей сетей (от булевских сетей кауфмана до нейронных моделей), в смысле универсальных вычислительных устройств с похожими свойствами
2) безмасштабная организация генных сетей, (тоже безмаштабное) распределение времени существования видов в процессе естественного отбора (давно мечтал увидеть такое предсказание)
3) появление хабов - центров потенциальных об'ектов воздействия
4) ВНИМАНИЕ: существование фазового перехода, стабилизирующего сеть по отношению к внешним воздействиям. Генная сеть дрожжей находится всего в 10% от границы фазогово перехода.
Много деталей и немного скепсиса тут.
от себя:
- Пора кому-то написать модель эволюции старения на этом языке. Хочется связать фазовый переход из 4) с замедленным (или модно называемым "пренебрежимым") старением.
- У меня давно подозрение что все системы, отбираемые естественным отбором, находятся на границе фазового перехода второго рода. Это еще один пример (параметр порядка - видообразование).
Kauffman SA (1969) Metabolic stability and epigenesis in randomly constructed genetic nets. J Theor Biol 22: 437-467.
собственно в этой работе показано как один генотип может иметь несколько фенотипов (или циклов фенотипов)
Удивительная статья, так как для меня до сегодняшнего дня многие вещи связанные с эпигенетикой были с математической точки зрения загадкой. Теперь мне очень понятно как можно иметь разные виды дифф. клеток в одном геноме, бабочку и личинку (аттракторы в смысле Кауфмана) или как сделать циркадный ритм, располагая геномом как программой и эпигенетическим компьютером (цикл, по версии Кауфмана).
S. Huang, "The molecular and mathematical basis of Waddington’s epigenetic landscape: A framework for post-Darwinian biology?" - свежий безматематический обзор последних достижений ("пост-дарвиновский синтез", как они говорят, 2012 года) - интересно на уровне идеологии.
Еще одна работа, A. Chrombach, Evolution of Evolvability in Gene Regulatory Networks - пример довольно показательной симуляции эволюции генетической сети в переменных условиях внешней среды. Показано, что даже простая матмодель сети - достаточно "умная", начиная с какого-то (небольшого размера) сеть начинает набирать полезные мутации быстрее вредных, за счет моря бесполезных. В определенной степени показывает уровень исследований в области (2012 год).
В более толковых статьях показано (см например на странице исследовательской группы):
1) матэквивалентность самых разных моделей сетей (от булевских сетей кауфмана до нейронных моделей), в смысле универсальных вычислительных устройств с похожими свойствами
2) безмасштабная организация генных сетей, (тоже безмаштабное) распределение времени существования видов в процессе естественного отбора (давно мечтал увидеть такое предсказание)
3) появление хабов - центров потенциальных об'ектов воздействия
4) ВНИМАНИЕ: существование фазового перехода, стабилизирующего сеть по отношению к внешним воздействиям. Генная сеть дрожжей находится всего в 10% от границы фазогово перехода.
Много деталей и немного скепсиса тут.
от себя:
- Пора кому-то написать модель эволюции старения на этом языке. Хочется связать фазовый переход из 4) с замедленным (или модно называемым "пренебрежимым") старением.
- У меня давно подозрение что все системы, отбираемые естественным отбором, находятся на границе фазового перехода второго рода. Это еще один пример (параметр порядка - видообразование).