"进化之窗" - 数学家发现了分子相互作用的通用解释框架

数学家们发现了一个普遍的解释框架，它提供了一个"进化的窗口"。这个框架解释了分子在适应不断变化的条件时如何相互作用，同时仍然保持对生存至关重要的基本属性的严格控制。据昆士兰大学数学科学学院的Araujo博士称，该研究成果为创建能够适应所有生命形式的信号网络和设计合成生物系统提供了蓝图。

新发现的基本的分子级设计原则有助于将生物系统中的重要分子维持在狭窄的浓度范围内，从而促进了稳健性和生存。这项突破性的研究为理解稳健的完美适应(RPA)提供了一个通用的框架，并可能导致在解决诸如癌症耐药性、成瘾和自身免疫性疾病等个性化医学挑战方面的新方法。

阿劳霍博士说："我们的研究考虑了一个被称为稳健完美适应(RPA)的过程，在这个过程中，从单个细胞到整个生物体，尽管不断受到系统干扰的轰击，但仍将重要分子保持在狭窄的浓度范围内。"

"直到现在，没有人有一个一般性的方法来解释这一重要过程是如何在分子水平上通过不同类型的分子(主要是蛋白质)之间巨大的、复杂的、经常是高度错综复杂的化学反应网络来协调的。我们现在已经解决了这个问题，发现了基本的分子水平设计原则，这些原则将所有形式的生物复杂性组织成促进稳健性的，并最终促进生存的化学反应结构。"

研究人员发现生物系统中相互作用的分子集合不能简单地'传输'生化信号，而是必须实际对这些信号进行'计算'。

"这些复杂的分子间相互作用必须实现一种特殊的调节类型，被称为整体控制--这是工程师们近一个世纪以来知道的设计策略。然而，自然界的信号网络有很大的不同，已经进化到依靠离散分子之间的物理相互作用。因此，自然界的'解决方案'是通过非凡的、高度复杂的相互作用集合来运作的，没有工程上专门设计的、整体计算的组件，而且往往没有反馈回路。我们的研究表明，分子网络结构使用了一种积分控制的形式，其中多个独立的积分，每个都有一个非常特殊和简单的结构，可以合作赋予特定分子适应的能力。"

"使用基于这一发现的代数算法，我们已经能够证明在生物学上重要的化学反应网络中存在嵌入式积分，其表现出的适应能力以前从未能用任何系统方法来解释。"

Liotta教授说，对揭示整个自然界中生物系统的基本设计原则的探索被认为是生命科学中最重要和意义深远的大挑战之一。

"在这项突破性的新研究的基础上，RPA目前作为一种关键的生物反应而独树一帜，现在对它存在一个普遍的解释框架。这是一个对任意大而复杂的网络施加严格和不可侵犯的设计标准的框架，也是一个现在能说明网络微观尺度上复杂的分子间相互作用的微妙之处。在实践层面上，这一发现可以提供一种全新的方法来解决个性化医学中的巨大挑战，如癌症耐药性、成瘾和自身免疫性疾病。"