進化之窗——分子相互作用的通用解釋框架

數學家們發現了一個普遍的解釋框架，它提供了一個"進化的窗口"。這個框架解釋了分子在適應不斷變化的條件時如何相互作用，同時仍然保持對生存至關重要的基本屬性的嚴格控制。據昆士蘭大學數學科學學院的Araujo博士稱，該研究成果為創建能夠適應所有生命形式的信號網絡和設計合成生物系統提供了藍圖。

新發現的基本的分子級設計原則有助于將生物系統中的重要分子維持在狹窄的濃度范圍內，從而促進了穩健性和生存。這項突破性的研究為理解穩健的完美適應（RPA）提供了一個通用的框架，并可能導致在解決諸如癌癥耐藥性、成癮和自身免疫性疾病等個性化醫學挑戰方面的新方法。

阿勞霍博士說："我們的研究考慮了一個被稱為穩健完美適應（RPA）的過程，在這個過程中，從單個細胞到整個生物體，盡管不斷受到系統干擾的轟擊，但仍將重要分子保持在狹窄的濃度范圍內。"

"直到現在，沒有人有一個一般性的方法來解釋這一重要過程是如何在分子水平上通過不同類型的分子（主要是蛋白質）之間巨大的、復雜的、經常是高度錯綜復雜的化學反應網絡來協調的。我們現在已經解決了這個問題，發現了基本的分子水平設計原則，這些原則將所有形式的生物復雜性組織成促進穩健性的，并最終促進生存的化學反應結構。"

研究人員發現生物系統中相互作用的分子集合不能簡單地'傳輸'生化信號，而是必須實際對這些信號進行'計算'。

"這些復雜的分子間相互作用必須實現一種特殊的調節類型，被稱為整體控制--這是工程師們近一個世紀以來知道的設計策略。然而，自然界的信號網絡有很大的不同，已經進化到依靠離散分子之間的物理相互作用。因此，自然界的'解決方案'是通過非凡的、高度復雜的相互作用集合來運作的，沒有工程上專門設計的、整體計算的組件，而且往往沒有反饋回路。我們的研究表明，分子網絡結構使用了一種積分控制的形式，其中多個獨立的積分，每個都有一個非常特殊和簡單的結構，可以合作賦予特定分子適應的能力。"

"使用基于這一發現的代數算法，我們已經能夠證明在生物學上重要的化學反應網絡中存在嵌入式積分，其表現出的適應能力以前從未能用任何系統方法來解釋。"

Liotta教授說，對揭示整個自然界中生物系統的基本設計原則的探索被認為是生命科學中最重要和意義深遠的大挑戰之一。

"在這項突破性的新研究的基礎上，RPA目前作為一種關鍵的生物反應而獨樹一幟，現在對它存在一個普遍的解釋框架。這是一個對任意大而復雜的網絡施加嚴格和不可侵犯的設計標準的框架，也是一個現在能說明網絡微觀尺度上復雜的分子間相互作用的微妙之處。在實踐層面上，這一發現可以提供一種全新的方法來解決個性化醫學中的巨大挑戰，如癌癥耐藥性、成癮和自身免疫性疾病。"