分类:交缠相互作用
定义
一个系统内部的两个元素（记作[math]\displaystyle{ x_{1},x_{2} }[/math]）之间不存在着直接相互作用（在现有的理论或者说机制性理解的条件下），但是，从某种效果（记作函数[math]\displaystyle{ U\left(x_{1},x_{2}\right) }[/math]）来看，存在着类似于分类:相互作用的交叉项[math]\displaystyle{ V\left(x_{1},x_{2}\right) }[/math]，也就是[math]\displaystyle{ U\left(x_{1},x_{2}\right)=U\left(x_{2}\right)+U\left(x_{2}\right)+V\left(x_{1},x_{2}\right) }[/math]，或者说，两者合起来的效果不等于两者分开效果之和。
举例
例如，同时吃两种药物的副作用不等于两种药物分别吃的时候的副作用合起来。其原因，往往不是这两种药物直接相互影响，而是，进入人体之后，经过人体的中介，形成了相互影响。例如，多重重金属对智力的影响不等于每一种重金属对智力的影响之和。
基因相互影响的也有。处理方法就是，先一个个基因敲除，做一遍，得到排序。然后，两个两个敲除，做一遍，得到排序。对比这两个排序。新出现的重要基因对，就是交缠相互作用强的不可忽略的那些基因。在生物学上，往往意味着冗余保护措施。也就是，万一，起同样作用的单基因不行了，可以有替代双基因。我们在做学术机构和学科领域之间的例如，是不是把北师大华东师大都干掉，教育就大好（或者大差），比一个一个干掉的效果还合起来还好（还差）。
交缠相互作用和直接相互作用形成的联系不一样。直接相互作用一般更容易看到和被研究。因此，在存在中介过程的任何系统中，都需要考虑这种交缠作用。这是新的看问题的角度。有意识地来寻找这样的交缠相互作用要比无意识靠运气发现这样的效应要对研究更具有指导意义。
例子的展开描述
对于典型研究案例，回答提出和解决了什么、如何解决的、解决完了有什么学术和现实的含义，同时提炼出来哪里系统科学了，也就是什么地方体现了或者发展了系统科学的学科大图景。
两种药物的副作用
系统药物学[1] ，通过对副作用-药物-蛋白质-基因-疾病网络[2]的研究来回答单个和多个药物的副作用[3]、更好的用药方案等问题，属于从个体走到了整体。
多种重金属对智力的影响
(a)实验鼠的逃跑实验失败率和摄入铅和锰的关系。曲线来自于实验室实验[4]。(b)土壤中的铅和砷含量导致智力发展迟缓的概率。曲线来自于地区调查和疾病学习记录[5]。注意看联合起来的效果和一种金属不一样的地方。
基因相互影响
前面我们讨论了通过去掉某个部门对整体系统的影响，用同样的思路，我们可以讨论去掉两个或者几个部门，或者几个矩阵元素的影响，并且把这个影响和单独去掉这些部门的影响相比较，来看看是不是有组合溢出效益。例如在[流平衡分析（Flux Balance Analysis）]中，我们可以看到两个基因的组合溢出效益——合起来的效果不等于两个分开效果的叠加，见下图[6]。先计算在去掉单个基因的影响，然后计算去掉任意一对合起来的影响，接着对比这个影响。图中蓝色越深表示影响越大。可以看到，对于一大群基因，任意和其他基因的组合都有比较严重的影响——也就是图中的成带状的图。这说明，对于这些基因，组合组合溢出效益基本不用考虑，去掉单独的那个已经影响很大，再去掉另一个基因不会产生严重的多的影响。但是，其中另外一些，只出现在孤立的地方——见图中那些孤立的蓝色点。这说明，单独去掉其中一个基因都没有太大的影响，但是，同时去掉两个则能够有很大的影响。
用广义投入产出分析研究系统的时候，都可以讨论一下这个组合溢出效益。
下面简单介绍一下两基因和三基因敲除实验的两篇论文。
酵母基因组中，大约有6000个基因，在单个基因敲除实验中发现有近1000个是维持生命所必要的，必需基因中哪怕有一个基因缺失，整个机体就会死亡。而似乎其他非必需基因的单独缺失就不会导致这样的结果。
为了进一步研究基因的作用, Michael Costanzo等人为了研究了敲除两个基因的效果[7], 培育了2000万的缺少两个基因的酵母菌株，涵盖了在6000个基因中敲除两个基因所有的组合方式。通过研究菌群的大小来量化敲除两个基因的效果，进而计算基因之间的相互作用强度 [math]\displaystyle{ \varepsilon_{ij}=f_{ij}-(f_{i}f_{j}) }[/math], [math]\displaystyle{ f_{ij} }[/math]由敲除基因ij后的菌群大小计算而来，而[math]\displaystyle{ f_{i} }[/math]由敲除基因i后菌群大小计算，构建了二元基因相互作用网络。发现必需基因之间的联系比非必需基因之间联系紧密，此外发现敲除两个非必需基因能对大量生物学过程产生显著影响，这些现象在单基因敲除实验中并不明显，见下图或文献[7]的图1。
然而，在两基因敲除实验过程中，仍然有相当多的基因与其他基因并没有明显的相互作用，因此Elena Kuzmin等人又进行三基因敲除实验[8]，根据一定规则选取了151对双基因，然后与其他基因组合产生三基因的突变体，三基因相互作用强度定义如下
[math]\displaystyle{ \tau_{ijk}=f_{ijk}-(f_{i}f_{j}f_{k})-\varepsilon_{ij}f_{k}-\varepsilon_{ik}f_{j}-\varepsilon_{jk}f_{i} }[/math]
构建了三元基因相互作用网络，发现大约三分之一的连接是新连接，即在二元相互作用网络中没有出现 ，而三分之二是对原来关系的补充。有趣的是发现MDY2和MTC1这两个基因在二元相互作用网络中进参与了少量（2个）的生物学过程，但是在三元相互作用网络中，MDY2和MTC1与其他基因做成的三元组参与了8个生物学过程，见下图或文献[8]图4。
研究结果表明三元相互作用桥接了较远的生物学过程，多个基因的组合在物种形成过程中起着关键作用。
学科相互影响
费米子直接相互作用可能也是更基本的粒子都成的系统的涌现
概念地图
嵌入图的形式
静态图加超链接的形式
参考文献
- ↑ Berger SI, Iyengar R. Network analyses in systems pharmacology. Bioinformatics. 2009 Oct 1;25(19):2466-72. doi: 10.1093/bioinformatics/btp465. Epub 2009 Jul 30. PMID: 19648136; PMCID: PMC2752618.
- ↑ Michael Kuhn, Ivica Letunic, Lars Juhl Jensen, Peer Bork, The SIDER database of drugs and side effects, Nucleic Acids Research, Volume 44, Issue D1, 4 January 2016, Pages D1075–D1079, https://doi.org/10.1093/nar/gkv1075
- ↑ Nicholas P. Tatonetti et al. ,Data-Driven Prediction of Drug Effects and Interactions.Sci. Transl. Med.4,125ra31-125ra31(2012).DOI:10.1126/scitranslmed.3003377
- ↑ Chandra AV, Ali MM, Saxena DK, Murthy RC. Behavioral and neurochemical changes in rats simultaneously exposed to manganese and lead. Arch Toxicol. 1981 Nov;49(1):49-56. doi: 10.1007/BF00352071. PMID: 7325800.
- ↑ McDermott S, Wu J, Cai B, Lawson A, Marjorie Aelion C. Probability of intellectual disability is associated with soil concentrations of arsenic and lead. Chemosphere. 2011 Jun;84(1):31-8. doi: 10.1016/j.chemosphere.2011.02.088. Epub 2011 Mar 29. PMID: 21450328; PMCID: PMC3100367.
- ↑ Jeffrey D Orth, Ines Thiele & Bernhard Ø Palsson, What is flux balance analysis? Nature Biotechnology 28, 245–248 (2010).
- ↑ 7.0 7.1 Costanzo M. et al. (2016). A global genetic interaction network maps a wiring diagram of cellular function. Science 253 aaf1420.
- ↑ 8.0 8.1 Kuzmin E. et al. (2018). Systematic analysis of complex genetic interactions.Science 360, eaao1729.
本分类目前不含有任何页面或媒体文件。
