Cellular noise
સેલ્યુલર ઘોંઘાટ એ સેલ્યુલર બાયોલોજીમાં ઉદ્ભવતા જથ્થામાં અવ્યવસ્થિત પરિવર્તનશીલતા છે. ઉદાહરણ તરીકે, જે કોષો આનુવંશિક રીતે સમાન હોય છે, એક જ પેશીની અંદર પણ, તેમાં ઘણીવાર પ્રોટીનના વિવિધ અભિવ્યક્તિ સ્તરો, વિવિધ કદ અને રચનાઓ જોવા મળે છે. આ દેખીતી રીતે અવ્યવસ્થિત તફાવતો મહત્વપૂર્ણ જૈવિક અને તબીબી પરિણામો લાવી શકે છે. સેલ્યુલર ઘોંઘાટ મૂળરૂપે હતો, અને હજુ પણ ઘણીવાર, જનીન અભિવ્યક્તિ સ્તરોના સંદર્ભમાં તપાસવામાં આવે છે-કોષોની અંદર અને વચ્ચે જનીનોના ઉત્પાદનોની સાંદ્રતા અથવા નકલ સંખ્યા. જનીન અભિવ્યક્તિનું સ્તર કોષીય જીવવિજ્ઞાનમાં ઘણા મૂળભૂત ગુણધર્મો માટે જવાબદાર હોવાથી, જેમાં કોષોના શારીરિક દેખાવ, ઉત્તેજનાના પ્રતિભાવમાં વર્તન અને માહિતી પર પ્રક્રિયા કરવાની અને આંતરિક પ્રક્રિયાઓને નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા સામેલ છે, જનીન અભિવ્યક્તિમાં ઘોંઘાટની હાજરી સેલ્યુલર જીવવિજ્ઞાનમાં ઘણી પ્રક્રિયાઓ માટે ગંભીર અસરો ધરાવે છે. વ્યાખ્યાઓ ઘોંઘાટની સૌથી વધુ વારંવારની માત્રાત્મક વ્યાખ્યા એ વિવિધતાનો ગુણાંક છેઃ જથ્થામાં ઘોંઘાટ ક્યાં છે, તેનું સરેરાશ મૂલ્ય છે અને તેનું પ્રમાણભૂત વિચલન છે. આ માપ પરિમાણહીન છે, જે સંપૂર્ણ સરેરાશના જ્ઞાનની જરૂર વગર, ઘોંઘાટના મહત્વની સંબંધિત સરખામણીને મંજૂરી આપે છે. ગાણિતિક સગવડતા માટે ઘણીવાર ઉપયોગમાં લેવાતા અન્ય જથ્થામાં ફેનો પરિબળઃ અને સામાન્યીકૃત ભિન્નતા છેઃ પ્રાયોગિક માપન પ્રોકેરીયોટ્સમાં જનીન અભિવ્યક્તિના ઘોંઘાટનું પ્રથમ પ્રાયોગિક ખાતું અને વિશ્લેષણ બેસ્કી અને સેરાનો અને એલેક્ઝાન્ડર વાન ઓઉડેનાર્ડનની પ્રયોગશાળામાંથી છે. યુકેરીયોટ્સમાં જનીન અભિવ્યક્તિના ઘોંઘાટનો પ્રથમ પ્રાયોગિક અહેવાલ અને વિશ્લેષણ જેમ્સ જે. કોલિન્સની પ્રયોગશાળામાંથી છે. આંતરિક અને બાહ્ય અવાજ સેલ્યુલર અવાજની ઘણીવાર આંતરિક અને બાહ્ય અવાજના માળખામાં તપાસ કરવામાં આવે છે. આંતરિક ઘોંઘાટ એ એક કોષની અંદર સમાન રીતે નિયંત્રિત માત્રામાં વિવિધતાનો સંદર્ભ આપે છેઃ ઉદાહરણ તરીકે, બે સમાન રીતે નિયંત્રિત જનીનોના અભિવ્યક્તિ સ્તરોમાં આંતર-કોષ ભિન્નતા. બાહ્ય ઘોંઘાટ એ વિવિધ કોષો વચ્ચે સમાન રીતે નિયંત્રિત માત્રામાં ભિન્નતાનો સંદર્ભ આપે છેઃ ઉદાહરણ તરીકે, આપેલ જનીનની અભિવ્યક્તિમાં કોષ-થી-કોષની ભિન્નતા. આંતરિક અને બાહ્ય ઘોંઘાટના સ્તરની સરખામણી ઘણીવાર બેવડા રિપોર્ટર અભ્યાસોમાં કરવામાં આવે છે, જેમાં વસ્તીના દરેક કોષ માટે બે સમાન રીતે નિયંત્રિત જનીનો (ઘણીવાર જી. એફ. પી. અને વાય. એફ. પી. જેવા ફ્લોરોસન્ટ રિપોર્ટર) ના અભિવ્યક્તિ સ્તરની રચના કરવામાં આવે છે. દ્વિ-રિપોર્ટર અભ્યાસોમાં મુખ્ય કર્ણ સાથે ફેલાવા તરીકે બાહ્ય ઘોંઘાટના સામાન્ય ચિત્રણ સાથેનો એક મુદ્દો એ ધારણા છે કે બાહ્ય પરિબળો બે પત્રકારો વચ્ચે હકારાત્મક અભિવ્યક્તિ સહસંબંધનું કારણ બને છે. હકીકતમાં, જ્યારે બે પત્રકારો લો-કોપી રેગ્યુલેટરના બંધન માટે સ્પર્ધા કરે છે, ત્યારે બે પત્રકારો વિસંગત રીતે એન્ટીકોરિલેટેડ બની જાય છે, અને સ્પ્રેડ મુખ્ય કર્ણને લંબરૂપ હોય છે. હકીકતમાં, ગોળાકાર સમપ્રમાણતાથી દ્વિ-રિપોર્ટર સ્કેટર પ્લોટનું કોઈપણ વિચલન બાહ્ય ઘોંઘાટ સૂચવે છે. માહિતી સિદ્ધાંત આ વિસંગતતાને ટાળવાનો માર્ગ પ્રદાન કરે છે. સ્રોતો નોંધઃ આ યાદીઓ દૃષ્ટાંતરૂપ છે, સંપૂર્ણ નથી, અને ઘોંઘાટના સ્રોતોની ઓળખ એ સંશોધનનું સક્રિય અને વિસ્તરતું ક્ષેત્ર છે. આંતરિક ઘોંઘાટ ઓછી નકલ-સંખ્યાની અસરો (અલગ જન્મ અને મૃત્યુની ઘટનાઓ સહિત): સેલ્યુલર ઘટકોના ઉત્પાદન અને અધઃપતનની અવ્યવસ્થિત (સ્ટોકેસ્ટિક) પ્રકૃતિનો અર્થ એ છે કે ઓછી નકલ સંખ્યાના ઘટકો માટે ઘોંઘાટ ઊંચો છે (કારણ કે આ અવ્યવસ્થિત વધઘટની તીવ્રતા નજીવી નથી. ઘોંઘાટનો પ્રસારઃ ઓછી નકલ-સંખ્યાની અસરો અને ફેલાતી ગતિશીલતાના પરિણામે કોષમાં દરેક બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ અવ્યવસ્થિત રીતે થાય છે. પ્રતિક્રિયાઓની અસ્થિરતાને હળવી કરી શકાય છે અથવા વિસ્તૃત કરી શકાય છે. કોપી નંબરોમાં આંતરિક પરિવર્તનશીલતામાં દરેક પ્રતિક્રિયાના યોગદાનને વેન કેમ્પેનના સિસ્ટમ કદના વિસ્તરણ દ્વારા માપી શકાય છે. બાહ્ય ઘોંઘાટ સેલ્યુલર વય/કોષ ચક્ર તબક્કોઃ વિભાજીત વસ્તીમાં કોષો કે જે સમયસર આપેલ સ્નેપશોટ પર સુસંગત નથી, તે અનુરૂપ બાયોકેમિકલ અને ભૌતિક તફાવતો સાથે વિવિધ કોષ ચક્ર તબક્કાઓ પર હશે; કોષ વૃદ્ધિઃ વૃદ્ધિ દરમાં ભિન્નતા જે કોષો વચ્ચે સાંદ્રતામાં ભિન્નતા તરફ દોરી જાય છે; ભૌતિક વાતાવરણ (તાપમાન, દબાણ,): ભૌતિક જથ્થા અને રાસાયણિક સાંદ્રતા (ખાસ કરીને કોષ-થી-કોષ સંકેતનાં કિસ્સામાં) કોષોની વસ્તીમાં અવકાશી રીતે બદલાઈ શકે છે, જે સ્થિતિના કાર્ય તરીકે બાહ્ય તફાવતોને ઉશ્કેરે છે; ઓર્ગેનેલ વિતરણઃ ઓર્ગેનેલ્સની માત્રા અને ગુણવત્તામાં યાદૃચ્છિક પરિબળો (ઉદાહરણ તરીકે, મિટોકોન્ડ્રિયાની સંખ્યા અને કાર્યક્ષમતા) શ્રેણીમાં નોંધપાત્ર કોષ-થી-કોષ તફાવતો તરફ દોરી જાય છે. નિયમનકાર સ્પર્ધાઃ ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રમોટરોને બાંધવા માટે સ્પર્ધા કરતા નિયમનકારો નકારાત્મક સહસંબંધોનું કારણ બની શકે છેઃ જ્યારે એક પ્રમોટર બંધાયેલો હોય ત્યારે બીજો બંધાતો નથી અને તેનાથી ઊલટું. નોંધ કરો કે બાહ્ય ઘોંઘાટ આંતરિક ઘોંઘાટના સ્તરો અને પ્રકારોને અસર કરી શકે છેઃ ઉદાહરણ તરીકે, કોષોની મિટોકોન્ડ્રીયલ સામગ્રીમાં બાહ્ય તફાવતો, એટીપી સ્તરોમાં તફાવતો દ્વારા, કેટલાક કોષો તરફ દોરી જાય છે, જે અન્ય કોષો કરતાં વધુ ઝડપથી અનુલેખન કરે છે, જનીન અભિવ્યક્તિના દર અને સમગ્ર વસ્તીમાં આંતરિક ઘોંઘાટની તીવ્રતાને અસર કરે છે. અસરોની નોંધઃ આ યાદીઓ દૃષ્ટાંતરૂપ છે, સંપૂર્ણ નથી, અને ઘોંઘાટની અસરોની ઓળખ એ સંશોધનનું સક્રિય અને વિસ્તરતું ક્ષેત્ર છે. જનીન અભિવ્યક્તિ સ્તરઃ જનીન અભિવ્યક્તિમાં ઘોંઘાટ કોષોના મૂળભૂત ગુણધર્મોમાં તફાવતનું કારણ બને છે, સેલ્યુલર ગતિશીલતાને બાયોકેમિકલી નિયંત્રિત કરવાની તેમની ક્ષમતાને મર્યાદિત કરે છે, અને સીધી કે આડકતરી રીતે નીચેની ઘણી ચોક્કસ અસરોને પ્રેરિત કરે છે; ઊર્જા સ્તર અને અનુલેખન દરઃ અનુલેખન દરમાં ઘોંઘાટ, અનુલેખન વિસ્ફોટ સહિતના સ્રોતોમાંથી ઉદ્ભવતા, જનીનોના અભિવ્યક્તિ સ્તરમાં ઘોંઘાટનો નોંધપાત્ર સ્રોત છે. મિટોકોન્ડ્રીયલ સામગ્રીમાં બાહ્ય અવાજ કોષોમાં એટીપી સાંદ્રતા અને અનુલેખન દર (આ ત્રણ જથ્થાઓ વચ્ચે સૂચિત કાર્યાત્મક સંબંધો સાથે) માં તફાવતોને પ્રસારિત કરવા માટે સૂચવવામાં આવ્યો છે, જે કોષોની ઊર્જાસભર ક્ષમતા અને જનીનોને વ્યક્ત કરવાની ક્ષમતાને અસર કરે છે; ફેનોટાઇપ પસંદગીઃ બેક્ટેરિયાની વસ્તી શાંત સ્થિતિમાં પ્રવેશવા માટે વસ્તીના સબસેટને પસંદ કરવા માટે બાહ્ય અવાજનો ઉપયોગ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બેક્ટેરિયાના ચેપમાં, આ ઉપગણ ઝડપથી પ્રસરે નહીં પરંતુ જ્યારે વસ્તીને એન્ટિબાયોટિક સારવાર દ્વારા ખતરો હોય ત્યારે તે વધુ મજબૂત બનશેઃ ઝડપથી પ્રતિકૃતિ બનાવતા, ચેપી બેક્ટેરિયાને શાંત ઉપગણ કરતાં વધુ ઝડપથી મારી નાખવામાં આવશે, જે ચેપને ફરીથી શરૂ કરવામાં સક્ષમ હોઈ શકે છે. આ જ કારણ છે કે જ્યારે લક્ષણો અદ્રશ્ય થઈ ગયા હોય ત્યારે પણ એન્ટિબાયોટિક્સના અભ્યાસક્રમો સમાપ્ત કરવા જોઈએ; વિકાસ અને સ્ટેમ સેલ વિભેદનઃ જીવતંત્રના વિકાસ દરમિયાન બાયોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓમાં વિકાસલક્ષી ઘોંઘાટ કે જેને કડક રીતે નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે (ઉદાહરણ તરીકે, જનીન અભિવ્યક્તિ સ્તરની પેટર્ન કે જે શરીરના વિવિધ ભાગોમાં વિકસે છે) નાટ્યાત્મક પરિણામો લાવી શકે છે, જે મજબૂત સેલ્યુલર મશીનરીના ઉત્ક્રાંતિની જરૂર છે. સ્ટેમ કોશિકાઓ વિવિધ લાક્ષણિક જનીનોના અભિવ્યક્તિ સ્તરના આધારે વિવિધ કોષ પ્રકારોમાં અલગ પડે છેઃ જનીન અભિવ્યક્તિમાં ઘોંઘાટ સ્પષ્ટપણે આ પ્રક્રિયાને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે અને પ્રભાવિત કરી શકે છે, અને અનુલેખન દરમાં ઘોંઘાટ ગતિશીલ લેન્ડસ્કેપની રચનાને અસર કરી શકે છે જેના પર તફાવત થાય છે. બેક્ટેરિયાથી સ્તનધારી કોષો પરની આ અસરોનો સારાંશ આપતા સમીક્ષા લેખો છે; ડ્રગ પ્રતિકારઃ ઘોંઘાટ ટૂંકા ગાળાના અસ્તિત્વમાં સુધારો કરે છે અને ડ્રગ સારવારના ઉચ્ચ સ્તરે ડ્રગ પ્રતિકારના લાંબા ગાળાના ઉત્ક્રાંતિમાં સુધારો કરે છે. દવાની સારવારના નીચલા સ્તરે ઘોંઘાટની વિપરીત અસર પડે છે; કેન્સરની સારવારઃ તાજેતરના કાર્યોમાં કેન્સર વિરોધી સારવાર માટે કેન્સરના કોષોના પ્રતિભાવમાં જનીન અભિવ્યક્તિના સ્તરો સાથે સંકળાયેલા બાહ્ય તફાવતો જોવા મળ્યા છે, જે સંભવિત રીતે અપૂર્ણાંક હત્યાની ઘટનાને (જેમાં દરેક સારવાર કેટલાકને મારી નાખે છે પરંતુ તમામ ગાંઠને નહીં) જનીન અભિવ્યક્તિના ઘોંઘાટ સાથે જોડે છે. કારણ કે વ્યક્તિગત કોષો ઉપચારાત્મક પદ્ધતિ (કિમોચિકિત્સા, લક્ષિત એજન્ટ, કિરણોત્સર્ગ, વગેરે) પ્રત્યે પ્રતિભાવમાં તફાવતો સાથે સંકળાયેલ સ્થિતિઓ વચ્ચે વારંવાર અને અસ્થિર રીતે સંક્રમણો કરી શકે છે. ), ઉપચારને વારંવાર સંચાલિત કરવાની જરૂર પડી શકે છે (ઉપચાર-પ્રતિભાવશીલ સ્થિતિમાં પ્રવેશ્યા પછી તરત જ કોષોની સારવાર કરવામાં આવે છે તેની ખાતરી કરવા માટે, તેઓ ઉપચાર-પ્રતિરોધક પેટા વસ્તીમાં ફરી જોડાઈ શકે તે પહેલાં અને ફેલાય તે પહેલાં) અને લાંબા સમય સુધી (ઉપચાર-પ્રતિરોધક પેટા વસ્તીના અંતિમ અવશેષોમાંથી મોડેથી બહાર આવતા કોષોની પણ સારવાર કરવા માટે). જીનોમનું ઉત્ક્રાંતિઃ જીનોમ ક્રોમેટિન દ્વારા આવરી લેવામાં આવે છે જેને આશરે "ઓપન" (યુક્રોમેટિન તરીકે પણ ઓળખાય છે) અથવા "ક્લોઝ્ડ" (હેટરોક્રોમેટિન તરીકે પણ ઓળખાય છે) માં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. ઓપન ક્રોમેટિન હેટેરોક્રોમેટિનની સરખામણીમાં ટ્રાન્સક્રિપ્શનમાં ઓછો અવાજ તરફ દોરી જાય છે. ઘણીવાર "હાઉસકીપિંગ" પ્રોટીન (જે પ્રોટીન છે જે સેલ્યુલર અસ્તિત્વ માટે જરૂરી કાર્યો કરે છે) મોટા મલ્ટીપ્રોટીન સંકુલનું કામ કરે છે. જો આવા સંકુલના પ્રોટીનમાં અવાજ ઓછો થાય, તો તે સંભવિત હાનિકારક અસરો સાથે મલ્ટીપ્રોટીન સંકુલના ઉત્પાદનના સ્તરમાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે. ઘોંઘાટમાં ઘટાડો ખુલ્લા ક્રોમેટિનમાં આવશ્યક જનીનોની ઉત્ક્રાંતિ પસંદગીની હિલચાલ પ્રદાન કરી શકે છે. માહિતી પ્રક્રિયાઃ સેલ્યુલર નિયમન એવા ઘટકો સાથે કરવામાં આવે છે જે પોતે ઘોંઘાટને આધિન હોય છે, માહિતી પર પ્રક્રિયા કરવાની અને નિયંત્રણ કરવાની કોષોની ક્ષમતા આંતરિક ઘોંઘાટ વિશ્લેષણ દ્વારા મૂળભૂત રીતે મર્યાદિત હોય છે કારણ કે કોષની અંદર સ્વતંત્ર નકલ સંખ્યામાં કોષ જૈવિક રસના ઘણા જથ્થા હાજર હોય છે (સિંગલ ડીએનએ, ડઝનેક એમઆરએનએ, સેંકડો પ્રોટીન), સ્વતંત્ર સ્ટોકેસ્ટિક ગણિતના સાધનોનો ઉપયોગ ઘણીવાર સેલ્યુલર ઘોંઘાટનું વિશ્લેષણ અને નમૂના બનાવવા માટે થાય છે. ખાસ કરીને, મુખ્ય સમીકરણ સારવાર-જ્યાં એક સમયે સ્થિતિમાં પ્રણાલીનું નિરીક્ષણ કરવાની સંભાવનાઓ ODE દ્વારા જોડાયેલી હોય છે-તે ખાસ કરીને ફળદાયી સાબિત થઈ છે. ઘોંઘાટ જનીન અભિવ્યક્તિ માટેનું એક કેનોનિકલ મોડેલ, જ્યાં ડીએનએ સક્રિયકરણ, અનુલેખન અને અનુવાદની પ્રક્રિયાઓ બધાને આપેલ દર સાથે પોઈસન પ્રક્રિયાઓ તરીકે રજૂ કરવામાં આવે છે, તે એક મુખ્ય સમીકરણ આપે છે જે વિવિધ ધારણાઓ હેઠળ બરાબર (કાર્યો ઉત્પન્ન કરીને) ઉકેલી શકાય છે અથવા વેન કેમ્પેનના સિસ્ટમ કદના વિસ્તરણ જેવા સ્ટોકેસ્ટિક સાધનો સાથે અંદાજિત કરી શકાય છે. આંકડાકીય રીતે, ગિલેસ્પી અલ્ગોરિધમ અથવા સ્ટોકેસ્ટિક સિમ્યુલેશન અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ ઘણીવાર સ્ટોકેસ્ટિક સેલ્યુલર પ્રક્રિયાઓની અનુભૂતિ બનાવવા માટે થાય છે, જેમાંથી આંકડાઓની ગણતરી કરી શકાય છે. જૈવિક પ્રક્રિયાઓ માટે સ્ટોકેસ્ટિક મોડેલ્સ (પેરામેટ્રિક અનુમાન) માં પરિમાણોના મૂલ્યોનું અનુમાન કરવાની સમસ્યા, જે સામાન્ય રીતે વિરલ અને ઘોંઘાટીયા પ્રાયોગિક ડેટા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, તે સંશોધનનું એક સક્રિય ક્ષેત્ર છે, જેમાં બાયેસિયન એમસીએમસી અને અંદાજિત બાયેસિયન ગણતરી સહિતની પદ્ધતિઓ અનુકૂળ અને મજબૂત સાબિત થાય છે. દ્વિ-સ્થિતિ મોડેલના સંદર્ભમાં, એમ. આર. એન. એ. ના વિતરણોના પરિમાણોના અનુમાન માટે ક્ષણ-આધારિત પદ્ધતિનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું. સંદર્ભો કોષ જીવવિજ્ઞાન બાયોફિઝિક્સ મોલેક્યુલર જીવવિજ્ઞાન બાયોસ્ટેટિસ્ટિક્સ રેન્ડમનેસ