Cellular noise
سیلولر شور سیلولر حیاتیات میں پیدا ہونے والی مقدار میں بے ترتیب تغیر ہے۔ مثال کے طور پر، وہ خلیے جو جینیاتی طور پر ایک جیسے ہوتے ہیں، یہاں تک کہ ایک ہی ٹشو کے اندر بھی، اکثر پروٹین کی مختلف اظہار کی سطح، مختلف سائز اور ڈھانچے ہوتے ہوئے دیکھے جاتے ہیں۔ یہ بظاہر بے ترتیب اختلافات اہم حیاتیاتی اور طبی نتائج کا باعث بن سکتے ہیں۔ سیلولر شور اصل میں تھا، اور اب بھی اکثر جین کے اظہار کی سطح کے تناظر میں جانچ کی جاتی ہے-یا تو خلیوں کے اندر اور ان کے درمیان جین کی مصنوعات کی تعداد کا ارتکاز یا نقل۔ چونکہ جین کے اظہار کی سطح سیلولر بائیولوجی میں بہت سی بنیادی خصوصیات کے لیے ذمہ دار ہے، بشمول خلیوں کی جسمانی ظاہری شکل، محرکات کے جواب میں طرز عمل، اور معلومات پر عمل کرنے اور اندرونی عمل کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت، جین کے اظہار میں شور کی موجودگی سیلولر بائیولوجی میں بہت سے عمل کے لیے گہرے مضمرات رکھتی ہے۔ تعریفیں شور کی سب سے زیادہ کثرت سے ہونے والی مقداری تعریف تغیر کا گتانک ہے: جہاں مقدار میں شور ہے، اس کی اوسط قیمت ہے اور اس کا معیاری انحراف ہے۔ یہ پیمائش بے جہتی ہے، جو مطلق اوسط کے علم کی ضرورت کے بغیر شور کی اہمیت کا نسبتا موازنہ کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ ریاضیاتی سہولت کے لیے اکثر استعمال ہونے والی دیگر مقداروں میں فینو فیکٹر: اور معمول کی تغیر: تجرباتی پیمائش پروکیریوٹس میں جین کے اظہار کے شور کا پہلا تجرباتی بیان اور تجزیہ بیسکی اور سیرانو اور الیگزینڈر وین اوڈینارڈن کی لیب سے ہے۔ یوکرائٹس میں جین کے اظہار کے شور کا پہلا تجرباتی بیان اور تجزیہ جیمز جے کولنز کی لیب سے ہے۔ اندرونی اور بیرونی شور سیلولر شور کی اکثر اندرونی اور بیرونی شور کے فریم ورک میں تفتیش کی جاتی ہے۔ اندرونی شور سے مراد ایک خلیے کے اندر یکساں طور پر منظم مقدار میں تغیر ہے: مثال کے طور پر، دو یکساں طور پر کنٹرول شدہ جینوں کے اظہار کی سطح میں انٹرا سیل تغیر۔ بیرونی شور سے مراد مختلف خلیوں کے درمیان یکساں طور پر منظم مقدار میں تغیر ہے: مثال کے طور پر، کسی دیئے گئے جین کے اظہار میں خلیے سے خلیے میں تغیر۔ اندرونی اور بیرونی شور کی سطحوں کا موازنہ اکثر دوہری رپورٹر اسٹڈیز میں کیا جاتا ہے، جس میں آبادی کے ہر خلیے کے لیے دو یکساں طور پر منظم جینز (اکثر فلوروسینٹ رپورٹرز جیسے جی ایف پی اور وائی ایف پی) کے اظہار کی سطح کو پلاٹ کیا جاتا ہے۔ دوہری رپورٹر کے مطالعے میں مرکزی اخترن کے ساتھ پھیلاؤ کے طور پر بیرونی شور کی عمومی عکاسی کے ساتھ ایک مسئلہ یہ مفروضہ ہے کہ بیرونی عوامل دونوں نامہ نگاروں کے درمیان مثبت اظہار کے ارتباط کا سبب بنتے ہیں۔ در حقیقت، جب دونوں رپورٹرز کم کاپی والے ریگولیٹر کے پابند ہونے کے لیے مقابلہ کرتے ہیں، تو دونوں رپورٹرز بے ضابطگی سے مخالف ہو جاتے ہیں، اور پھیلاؤ مرکزی اخترن سے عمودی ہوتا ہے۔ در حقیقت، سرکلر سمیٹری سے ڈوئل رپورٹر اسکیٹر پلاٹ کا کوئی بھی انحراف بیرونی شور کی نشاندہی کرتا ہے۔ انفارمیشن تھیوری اس بے ضابطگی سے بچنے کا ایک طریقہ پیش کرتا ہے۔ ذرائع نوٹ: یہ فہرستیں مثالی ہیں، مکمل نہیں، اور شور کے ذرائع کی شناخت تحقیق کا ایک فعال اور توسیع پذیر شعبہ ہے۔ اندرونی شور کم کاپی نمبر اثرات (بشمول مجرد پیدائش اور موت کے واقعات): سیلولر اجزاء کی پیداوار اور انحطاط کی بے ترتیب (اسٹاکسٹک) نوعیت کا مطلب ہے کہ کم کاپی نمبر پر اجزاء کے لیے شور زیادہ ہے (کیونکہ ان بے ترتیب اتار چڑھاؤ کی شدت کاپی نمبر کے حوالے سے نہ ہونے کے برابر ہے) ؛ پھیلے ہوئے سیلولر حرکیات: بہت سے اہم سیلولر عمل ری ایکٹینٹس (مثال کے طور پر، آر این اے پولیمرس اور ڈی این اے) اور دیگر جسمانی معیارات کے درمیان تصادم پر انحصار کرتے ہیں جو سیل کی پھیلی ہوئی متحرک نوعیت کو دیکھتے ہوئے، اسٹاکسٹک طور پر ہوتے ہیں۔ شور کا پھیلاؤ: کم کاپی نمبر کے اثرات اور پھیلی ہوئی حرکیات کے نتیجے میں سیل میں ہر بائیو کیمیکل رد عمل بے ترتیب طور پر ہوتا ہے۔ رد عمل کی سٹوکاسٹی کو یا تو کم کیا جا سکتا ہے یا بڑھایا جا سکتا ہے۔ کاپی نمبروں میں اندرونی تغیر پذیری میں ہر رد عمل کی شراکت کی مقدار وان کمپین کے سسٹم سائز کی توسیع کے ذریعے کی جا سکتی ہے۔ بیرونی شور سیلولر ایج/سیل سائیکل اسٹیج: تقسیم کرنے والی آبادی میں خلیات جو مطابقت پذیر نہیں ہوتے ہیں، وقت پر دیئے گئے سنیپ شاٹ پر، مختلف سیل سائیکل کے مراحل پر ہوں گے، متعلقہ بائیو کیمیکل اور جسمانی اختلافات کے ساتھ۔ خلیوں کی نشوونما: نشوونما کی شرحوں میں تغیرات جو خلیوں کے درمیان ارتکاز میں تغیرات کا باعث بنتے ہیں۔ جسمانی ماحول (درجہ حرارت، دباؤ،): جسمانی مقدار اور کیمیائی ارتکاز (خاص طور پر سیل سے سیل سگنلنگ کے معاملے میں) خلیوں کی آبادی میں مقامی طور پر مختلف ہو سکتے ہیں، جس سے پوزیشن کے فنکشن کے طور پر بیرونی اختلافات پیدا ہوتے ہیں۔ آرگنیل کی تقسیم: آرگنیلز کی مقدار اور معیار میں بے ترتیب عوامل (مثال، مائٹوکونڈریا کی تعداد اور فعالیت) ایک رینج میں سیل سے سیل میں نمایاں فرق کا باعث بنتے ہیں۔ ریگولیٹر مقابلہ: نیچے کی طرف پروموٹروں کو باندھنے کے لیے مقابلہ کرنے والے ریگولیٹر منفی ارتباط کا سبب بن سکتے ہیں: جب ایک پروموٹر پابند ہوتا ہے تو دوسرا نہیں ہوتا اور اس کے برعکس۔ نوٹ کریں کہ بیرونی شور اندرونی شور کی سطحوں اور اقسام کو متاثر کر سکتا ہے: مثال کے طور پر، خلیوں کے مائٹوکونڈریل مواد میں بیرونی اختلافات، اے ٹی پی کی سطحوں میں فرق کے ذریعے، کچھ خلیوں کو دوسروں کے مقابلے میں تیزی سے نقل کرتے ہیں، جس سے جین کے اظہار کی شرح اور آبادی میں اندرونی شور کی شدت متاثر ہوتی ہے۔ اثرات نوٹ: یہ فہرستیں مثالی ہیں، مکمل نہیں، اور شور کے اثرات کی شناخت تحقیق کا ایک فعال اور توسیع پذیر شعبہ ہے۔ جین کے اظہار کی سطح: جین کے اظہار میں شور خلیوں کی بنیادی خصوصیات میں فرق کا سبب بنتا ہے، سیلولر حرکیات کو بائیو کیمیکل طور پر کنٹرول کرنے کی ان کی صلاحیت کو محدود کرتا ہے، اور براہ راست یا بالواسطہ طور پر نیچے دیے گئے بہت سے مخصوص اثرات کو متاثر کرتا ہے۔ توانائی کی سطح اور نقل کی شرح: نقل کی شرح میں شور، ٹرانسکرپشنل پھٹنے سمیت ذرائع سے پیدا ہونے والا، جین کے اظہار کی سطح میں شور کا ایک اہم ذریعہ ہے۔ مائٹوکونڈریل مواد میں بیرونی شور کو خلیوں میں اے ٹی پی کے ارتکاز اور نقل کی شرحوں (ان تین مقداروں کے درمیان مضمر فعال تعلقات کے ساتھ) میں فرق کو پھیلانے کے لیے تجویز کیا گیا ہے، جو خلیوں کی توانائی بخش صلاحیت اور جینوں کو ظاہر کرنے کی صلاحیت کو متاثر کرتا ہے۔ فینوٹائپ کا انتخاب: بیکٹیریا کی آبادی ایک پرسکون حالت میں داخل ہونے کے لیے آبادی کے ذیلی سیٹ کا انتخاب کرنے کے لیے بیرونی شور کا استحصال کرتی ہے۔ مثال کے طور پر، بیکٹیریل انفیکشن میں، یہ ذیلی سیٹ تیزی سے نہیں پھیلتا ہے لیکن جب آبادی کو اینٹی بائیوٹک علاج سے خطرہ لاحق ہوتا ہے تو یہ زیادہ مضبوط ہوتا ہے: تیزی سے نقل کرنے والے، متعدی بیکٹیریا پرسکون ذیلی سیٹ سے زیادہ تیزی سے ہلاک ہو جائیں گے، جو انفیکشن کو دوبارہ شروع کرنے کے قابل ہو سکتے ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ علامات غائب ہونے کے باوجود بھی اینٹی بائیوٹکس کے کورسز کو ختم کیا جانا چاہیے۔ نشوونما اور سٹیم سیل کی تفریق: حیاتیاتی کیمیائی عمل میں ترقیاتی شور جس پر سختی سے قابو پانے کی ضرورت ہے (مثال کے طور پر، جین کے اظہار کی سطح جو جسم کے مختلف حصوں میں تیار ہوتی ہے) جانداروں کی نشوونما کے دوران ڈرامائی نتائج ہو سکتے ہیں، جس سے مضبوط سیلولر مشینری کے ارتقاء کی ضرورت ہوتی ہے۔ مختلف خصوصیت والے جینوں کے اظہار کی سطح کے لحاظ سے سٹیم سیل مختلف خلیوں کی اقسام میں فرق کرتے ہیں: جین کے اظہار میں شور واضح طور پر اس عمل کو پریشان اور متاثر کر سکتا ہے، اور نقل کی شرح میں شور متحرک زمین کی تزئین کی ساخت کو متاثر کر سکتا ہے جس پر تفریق ہوتی ہے۔ جائزہ لینے والے مضامین ہیں جن میں بیکٹیریا سے لے کر ممالیہ خلیوں تک کے ان اثرات کا خلاصہ کیا گیا ہے۔ منشیات کے خلاف مزاحمت: شور قلیل مدتی بقا اور منشیات کے علاج کی اعلی سطح پر منشیات کے خلاف مزاحمت کے طویل مدتی ارتقاء کو بہتر بناتا ہے۔ منشیات کے علاج کی کم سطحوں پر شور کا الٹا اثر ہوتا ہے۔ کینسر کے علاج: حالیہ کام میں جین کے اظہار کی سطح سے منسلک بیرونی اختلافات پائے گئے ہیں، کینسر کے خلیوں کے کینسر مخالف علاج کے ردعمل میں، ممکنہ طور پر جزوی قتل کے رجحان کو جوڑتا ہے (جس سے ہر علاج کچھ کو مار دیتا ہے لیکن تمام ٹیومر کو نہیں) جین کے اظہار میں شور سے۔ کیونکہ انفرادی خلیات علاج کے طریقہ کار (کیموتھراپی، ٹارگیٹڈ ایجنٹ، ریڈی ایشن وغیرہ) کے ردعمل میں فرق سے وابستہ حالتوں کے درمیان بار بار اور غیر معمولی طور پر منتقلی انجام دے سکتے ہیں۔ )، تھراپی کو کثرت سے لگانے کی ضرورت پڑ سکتی ہے (اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ تھراپی سے متعلق ذمہ دار حالت میں داخل ہونے کے فورا بعد خلیوں کا علاج کیا جائے، اس سے پہلے کہ وہ تھراپی سے مزاحم ذیلی آبادی میں دوبارہ شامل ہو سکیں اور پھیل سکیں) اور طویل عرصے تک (یہاں تک کہ ان خلیوں کا بھی علاج کرنے کے لیے جو تھراپی سے مزاحم ذیلی آبادی کے آخری باقیات سے دیر سے ابھر رہے ہیں)۔ جینوم کا ارتقاء: جینوم کرومیٹن سے ڈھکے ہوتے ہیں جن کی تقریبا "اوپن" (جسے یوکرومیٹن بھی کہا جاتا ہے) یا "کلوزڈ" (جسے ہیٹروکرومیٹن بھی کہا جاتا ہے) میں درجہ بندی کی جا سکتی ہے۔ اوپن کرومیٹن ہیٹروکرومیٹن کے مقابلے ٹرانسکرپشن میں کم شور کا باعث بنتا ہے۔ اکثر "ہاؤس کیپنگ" پروٹین (جو پروٹین ہوتے ہیں جو سیلولر بقا کے لیے درکار کاموں کو انجام دیتے ہیں) بڑے ملٹی پروٹین کمپلیکس کا کام کرتے ہیں۔ اگر اس طرح کے کمپلیکس کے پروٹین میں شور کو کم کرنا ہے، تو یہ ممکنہ طور پر نقصان دہ اثرات کے ساتھ ملٹی پروٹین کمپلیکس کی پیداوار کی سطح کو کم کر سکتا ہے۔ شور میں کمی کھلی کرومیٹن میں ضروری جینوں کی ارتقائی انتخاب کی حرکت فراہم کر سکتی ہے۔ انفارمیشن پروسیسنگ: جیسا کہ سیلولر ریگولیشن ان اجزاء کے ساتھ انجام دیا جاتا ہے جو خود شور کے تابع ہوتے ہیں، خلیوں کی معلومات پر کارروائی کرنے اور کنٹرول انجام دینے کی صلاحیت بنیادی طور پر اندرونی شور کے تجزیے سے محدود ہوتی ہے کیونکہ سیل کے اندر مجرد کاپی نمبر میں سیل حیاتیاتی دلچسپی کی بہت سی مقدار موجود ہوتی ہے (واحد ڈی این اے، درجنوں ایم آر این اے، سیکڑوں پروٹین)، مجرد اسٹوچسٹک ریاضی کے اوزار اکثر سیلولر شور کا تجزیہ اور نمونہ بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ خاص طور پر، ماہر مساوات کے علاج-جہاں کسی وقت کسی حالت میں کسی نظام کے مشاہدے کے امکانات او ڈی ای کے ذریعے جڑے ہوتے ہیں-خاص طور پر نتیجہ خیز ثابت ہوئے ہیں۔ شور جین کے اظہار کے لیے ایک کینونکل ماڈل، جہاں ڈی این اے ایکٹیویشن، ٹرانسکرپشن اور ترجمہ کے تمام عمل کو دی گئی شرحوں کے ساتھ پوسن کے عمل کے طور پر پیش کیا جاتا ہے، ایک ماسٹر مساوات دیتا ہے جسے مختلف مفروضوں کے تحت بالکل (افعال پیدا کرنے کے ساتھ) حل کیا جا سکتا ہے یا سٹاکسٹک ٹولز جیسے وان کمپین کے سسٹم سائز کی توسیع کے ساتھ تخمینہ لگایا جا سکتا ہے۔ عددی طور پر، گلیسپی الگورتھم یا سٹوچسٹک تخروپن الگورتھم اکثر سٹوچسٹک سیلولر عمل کے احساسات پیدا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے، جس سے اعداد و شمار کا حساب لگایا جا سکتا ہے۔ حیاتیاتی عمل کے لیے اسٹوکاسٹک ماڈلز (پیرامیٹرک انفریشن) میں پیرامیٹرز کی اقدار کا اندازہ لگانے کا مسئلہ، جو عام طور پر کم اور شور والے تجرباتی اعداد و شمار کی خصوصیت رکھتے ہیں، تحقیق کا ایک فعال میدان ہے، جس میں بیسیئن ایم سی ایم سی اور لگ بھگ بیسیئن کمپیوٹیشن سمیت طریقے موافقت پذیر اور مضبوط ثابت ہوتے ہیں۔ دو ریاستی ماڈل کے حوالے سے، ایم آر این اے کی تقسیم سے پیرامیٹرز کے تخمینے کے لیے ایک لمحے پر مبنی طریقہ بیان کیا گیا تھا۔ حوالہ جات خلیہ حیاتیات حیاتیاتی طبیعیات سالماتی حیاتیات حیاتیاتی اعداد و شمار بے ترتیب