गणित से लाइव सेल फीडबैक का राज पता चलता है

नकारात्मक प्रतिक्रिया के आधार पर आदर्श स्थिरता बनाए रखना विद्युत सर्किट का एक मूल तत्व है; हालाँकि, अब तक, यह एक रहस्य बना हुआ था कि जीवित कोशिकाएँ ऐसा करने का प्रबंधन कैसे करती हैं।

एक छोटे से लेगो रोबोट मुस्तफा हम्मश को एक किताब के साथ झांकने का शौक है, जो उसके सामने 30 सेमी रखी जाती है। हम्मश पुस्तक को आगे बढ़ाता है, और रोबोट तुरंत उसके चार पहियों से गुलजार होने लगता है; वह पुस्तक को करीब ले जाता है, और रोबोट पुस्तक से 30 सेमी की दूरी पर शेष, वापस उछलता है। हम्मश ने कार को काले चश्मे के साथ दबाया, एक कोण पर तालिका को झुकाया, पहियों को दूसरों के साथ बदल दिया, 30% अधिक - और हर बार जब रोबोट किताब के बीच 30 सेमी के बफर ज़ोन को पुनर्स्थापित करता है, और इसे फिर से देखना शुरू कर देता है।

रोबोट के अपने स्थान को समायोजित करने की अजीब क्षमता यह बताती है कि जीवविज्ञानी एक स्थिर आदर्श अनुकूलन कहते हैं। "जब आंदोलन समाप्त होता है, तो कोई त्रुटि नहीं होती है," ज़ामिच में स्वीडिश स्टेट इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रबंधन सिद्धांत के विशेषज्ञ हम्मश ने कहा। - यह एक आदर्श अनुकूलन है; यह पूरी तरह से दूरी बनाए रखता है। "

चाहे वह औद्योगिक नियंत्रण प्रणाली हो, या वन्यजीव, नकारात्मक प्रतिक्रिया (OOS) एक सर्वव्यापी रणनीति है जो सिस्टम को गड़बड़ी से निपटने में मदद करती है। हार्वर्ड विश्वविद्यालय के एक प्रबंधन सिद्धांत विशेषज्ञ नोआ ओलसमैन कहते हैं, "लोगों ने शरीर विज्ञान में इस तरह की प्रतिक्रिया प्रणालियों के अस्तित्व पर ध्यान दिया है, क्योंकि उन्होंने शरीर विज्ञान का अध्ययन करना शुरू कर दिया है।" होमोस्टैसिस, जैविक प्रणालियों का आत्म-नियमन, कई शारीरिक मापदंडों को रखता है, उदाहरण के लिए, शरीर का तापमान, दबाव और रक्त शर्करा का स्तर, एक स्पष्ट ढांचे में - चाहे हम मैराथन चलाते हों, स्कूबा गियर के साथ गोता लगाते हों या पूरे दिन के लिए टीवी शो देखने की व्यवस्था करते हों। और व्यर्थ में नहीं: "यदि जीवन परिवर्तन और सीखने के लिए प्रतिक्रिया नहीं दे सकता है, तो यह लंबे समय तक नहीं रहेगा," ओल्समैन ने कहा।


रोबोट एक स्थिर आदर्श अनुकूलन प्रदर्शित करता है, लक्ष्य के लिए एक निरंतर दूरी बनाए रखता है, एक चलती पुस्तिका। ऐसा व्यवहार नकारात्मक प्रतिक्रिया के बिना असंभव है जिसमें एक नियंत्रक "इंटीग्रेटर" शामिल है

लेकिन, जीवन के लिए इस प्रतिक्रिया के महत्व के बावजूद, जीवविज्ञानियों के लिए यह समझाना बहुत मुश्किल था कि वास्तव में कोशिकाओं और अधिक जटिल जीवों को काफी सटीक और त्वरित प्रतिक्रिया के साथ ओएस सिस्टम का एहसास कैसे होता है। और केवल पिछले कुछ दशकों में, वैज्ञानिक कुछ बुनियादी सिद्धांतों को प्राप्त करने में सक्षम रहे हैं। पिछली गर्मियों में एक महत्वपूर्ण सफलता तब हुई जब हम्मश ने एक कृत्रिम ओएस प्रणाली का प्रदर्शन किया जो कोशिकाओं पर स्थापित किया जा सकता है ताकि उन्हें रोबोट की तरह पूरी तरह से गड़बड़ी के अनुकूल बनाया जा सके। यह काम इस समस्या को हल करने के लिए एक सरल तरीके की अनुपस्थिति के गणितीय प्रमाण के साथ प्रदान किया जाता है - और यह एक संकेतक है कि प्राकृतिक ओएस सिस्टम संभवतः उसी तरह से काम करते हैं।

बहुत पहले जीवविज्ञानियों को यह पता चल गया था कि प्रकृति में इन संभावनाओं को कैसे महसूस किया गया था, इंजीनियरों ने सीखा कि नियंत्रण प्रणालियों के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट कैसे बनाए जाएं जो विमान को निश्चित रूप से रखेंगे और तेल शोधन प्रणालियों और अन्य स्वचालित प्रक्रियाओं के स्थिर संचालन को बनाए रखेंगे। नियंत्रण सिद्धांत के विशेषज्ञ इस स्थिर-बिंदु ट्रैकिंग को शून्य स्थिर-राज्य त्रुटि के साथ कहते हैं। गणितीय दृष्टिकोण से, OOS तीन तरीकों से त्रुटि को सही कर सकता है: आनुपातिक रूप से, त्रुटि के पूर्ण आकार के अनुसार; अभिन्न रूप से, ऑपरेशन के दौरान संचित त्रुटियों के आकार से; कितनी जल्दी या धीरे-धीरे त्रुटि बदलती है, इसके अनुसार। इलेक्ट्रॉनिक आनुपातिक-अभिन्न-विभेदीकरण (PID) नियंत्रक तीनों दृष्टिकोणों को जोड़ते हैं और व्यापक रूप से औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में उपयोग किए जाते हैं।

उन सभी में से, यह एकीकृत ओएस है जो एक स्थिर आदर्श अनुकूलन प्रदान करता है; आनुपातिक और विभेदित ओएस गड़बड़ी को खत्म करने में मदद करते हैं, लेकिन त्रुटियों को पूरी तरह से ठीक नहीं करते हैं। इसका प्रमाण कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के गणितज्ञ जॉन डॉयल ने कहा, "नियंत्रण सिद्धांत में एक पुराना प्रमेय है"। यह समझने के लिए कि प्रकृति स्थिर आदर्श अनुकूलन कैसे प्राप्त करती है, एक एकीकृत ओएस के साथ संबंध को नोटिस करने के लिए नियंत्रण सिद्धांत के विशेषज्ञ के लिए यह आवश्यक था।

OOS जीव विज्ञान और इंजीनियरिंग के बीच अद्भुत समानता का एक बड़ा उदाहरण है। 1948 में, गणितज्ञ नॉर्बर्ट वीनर ने विज्ञान के क्षेत्र में, जानवरों और मशीनों की नियामक प्रणालियों का एक साथ अध्ययन करने का प्रस्ताव रखा, जिसे उन्होंने ग्रीक "साइबरनेट्स", "नियंत्रण की कला" (kynnḗtēs - स्टीयरिंग) से साइबरनेटिक्स कहा।

डोयले ने कहा, "गणित, इंजीनियरिंग (कम से कम आधुनिक) और जीव विज्ञान में एक चीज समान है - एक विशाल छिपी हुई जटिलता।" उदाहरण के लिए, एक सेल फोन लें। यह प्रबंधन करने में आसान लगता है, लेकिन यह एक दूसरे के ऊपर निर्मित नियंत्रण सर्किट की कई परतों को छुपाता है।

"जीवविज्ञान एक समान तरीके से काम करता है," उन्होंने कहा। - हम अपने जीवन को जीते हैं, हमारे शरीर की जटिलता का लाभ उठाते हैं; और अगर हम बीमार नहीं होते हैं, तो वे स्वचालित रूप से और चेतना की भागीदारी के बिना काम करते हैं। हम शायद ही इसे नोटिस करते हैं। ”

गायों को कैसे एकीकृत करें

प्रशिक्षण द्वारा एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर, हामश ने पहली बार 1998 के पतन में आयोवा स्टेट यूनिवर्सिटी में एक एंडोक्रिनोलॉजी पाठ्यपुस्तक उठाई। उनकी पत्नी, जिन्होंने अभी-अभी अपने पहले बच्चे को जन्म दिया था, ने पोस्टपार्टम थायरॉयडाइटिस विकसित किया था और अपनी बीमारी के बारे में और जानना चाहती थी। पुस्तक का पाठ "केवल समीकरण के बिना नियंत्रण सिद्धांत पर एक पाठ्यपुस्तक से संबंधित हो सकता है," उन्होंने कहा। "यह हार्मोन करता है कि, इस बातचीत की मात्रा बढ़ जाती है, यह प्रतिक्रिया पाश बंद कर देता है - एक ही कहानी एक नए तरीके से।"


मुस्तफा हम्मश, मैनेजमेंट थ्योरी एंड सिस्टम्स बायोलॉजी के प्रोफेसर

हम्मश इस विषय में रुचि रखते थे और परिसर के दूसरे छोर पर पशु रोगों के लिए राष्ट्रीय केंद्र में चले गए। वहां, वह फिजियोलॉजिस्ट जेसी गोफ से मिले, जिन्होंने सुझाव दिया कि दूध उत्पादन के कारण कैल्शियम की कमी से जुड़ी पुरानी डेयरी गायों की बीमारी "दूध बुखार" का अध्ययन किया गया है।

कैल्शियम आयन शरीर के कई कार्यों को नियंत्रित करते हैं, विशेष रूप से, मांसपेशियों में संकुचन और एक तंत्रिका आवेग का संचरण। इसलिए, स्तनधारियों में सबसे सख्ती से विनियमित शारीरिक चर में रक्त में कैल्शियम का स्तर होता है, जो प्रति डेसीलीटर 8 से 10 मिलीग्राम तक होता है। हामश कहती हैं कि गायों के कैल्शियम का ह्रास होने से उनके रक्त स्तर का गंभीर उल्लंघन होता है। लेकिन एक स्वस्थ गाय में, रक्त में कैल्शियम का स्तर हमेशा बहाल रहता है।

"नियंत्रण प्रणालियों के विशेषज्ञ के रूप में, मैंने तुरंत सोचा: एक इंटीग्रेटर होना चाहिए," उन्होंने कहा। इसलिए, सवाल निम्नलिखित में बदल गया: "गाय कैसे एकीकृत करती हैं?"

यदि कार बहुत तेजी से गाड़ी चला रही है, या रोबोट ऑब्जेक्ट के बहुत करीब आ गया है, तो चालक गैस पेडल से अपना पैर हटा सकता है, और रोबोट दूर जा सकता है, सीधे गलत तरीके से कम या उलट सकता है। लेकिन जीव विज्ञान और रसायन विज्ञान में, कोई भी घटाव नहीं है - प्रोटीन एकाग्रता या प्रतिक्रिया दर नकारात्मक नहीं बन सकती है। भले ही कोशिका प्रोटीन का उत्पादन बंद कर देती है, लेकिन मौजूदा अणु कहीं भी नहीं जाएंगे। इसके बजाय, सब कुछ चर के सकारात्मक मूल्य के माध्यम से नियंत्रित किया जाना चाहिए - ब्रेक के बराबर के माध्यम से, जो प्रभाव में गैस के विपरीत है। कुछ गणितीय एकीकरण तंत्रों की आवश्यकता होती है, जो गणना करते हैं कि ब्रेक पर कितना दबाव लागू होता है, और कितने समय तक।

इस सवाल का जवाब देने के लिए, हम्मश ने अपने छात्र, हाना एल समद के समर्थन की घोषणा की, जो अब सैन फ्रांसिस्को के कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में अपनी शोध टीम का नेतृत्व कर रहा है। उन्होंने इस संभावना को जल्दी से खारिज कर दिया कि एकीकृत नियंत्रक में एक अणु होता है; उनमें से कम से कम दो होने चाहिए थे। जब अणुओं की इस जोड़ी को 2002 में खोजा गया था, तो यह पता चला कि वे शरीर विज्ञानियों के लिए जाने जाते हैं: यह एक पैराथाइरॉइड हार्मोन और विटामिन डी, कैल्सिट्रिऑल (या 1,25-डीएचसीसी) का एक विशेष रूप है।

जब रक्त में कैल्शियम गिरता है, तो पैराथाइरॉइड ग्रंथि अधिक पैराथाइरॉइड हार्मोन छोड़ती है, जो कंकाल को छोड़ने के लिए कैल्शियम आयनों को उत्तेजित करता है, और त्रुटि को आनुपातिक रूप से ठीक करता है। पैराथाइरॉइड हार्मोन के स्तर में वृद्धि से आंत में कैल्सीट्रियोल का उत्पादन बढ़ जाता है, जो छोटी आंत में कैल्शियम के अवशोषण को बढ़ाता है। चूंकि कैल्सीट्रियोल उत्पादन की दर पैराथाइरॉइड हार्मोन की एकाग्रता से बंधी है, इसलिए ओएस तंत्र का अभिन्न स्वभाव है।

हम्मश एकमात्र वैज्ञानिक नहीं थे जिन्होंने महसूस किया कि एक स्थिर आदर्श अनुकूलन को प्राप्त करने के लिए, प्रकृति एक एकीकृत ओएस का उपयोग करती है। 2000 में, डॉयल ने गणितीय रूप से दिखाया कि भोजन की तलाश में बैक्टीरिया के निर्देशित आंदोलनों की प्रभावशीलता एकीकृत ओएस के माध्यम से प्राप्त की जाती है। बाद में, संयुक्त काम के परिणामस्वरूप एल-समद, हम्मश और डॉयल ने दिखाया कि गर्मी के लिए बैक्टीरिया की सदमे प्रतिक्रिया - गर्मी के दौरान सुरक्षात्मक चैपरोन अणुओं का उनका उत्पादन - एक ही कारण के लिए स्थिर है।

कोशिकाओं में इंटीग्रेटर्स की स्थापना

कैल्शियम की समस्या को हल करते हुए, 2002 में हम्मश और एल समद कैलिफोर्निया चले गए। हम्माद ने 2011 में ज़्यूरिख में स्थानांतरित होने तक एक स्थिर आदर्श अनुकूलन का सामना नहीं किया, और सिंथेटिक जीव विज्ञान की प्रयोगशाला स्थापित करने का अवसर नहीं मिला। इस बार, उनका कार्य नियंत्रक को कोशिकाओं में कृत्रिम रूप से पेश करना था। एक बार इस तरह के सिंथेटिक सेल नियंत्रक रोगियों को नियामक प्रक्रियाओं पर नियंत्रण पाने में मदद कर सकते हैं, जिन्होंने सामान्य रूप से काम करना बंद कर दिया है, जैसे कि, उदाहरण के लिए, मधुमेह रोगियों में इंसुलिन का उत्पादन।

इस समय तक, सिंथेटिक जीवविज्ञानी पहले से ही कोशिकाओं में पर्यावरण संरक्षण की सबसे सरल आकृति बना रहे हैं, जो आनुपातिक रूप से सही त्रुटियों में सक्षम हैं। पहला उदाहरण, ई। कोलाई में अल्पकालिक समोच्च, 2000 में दिखाई दिया । उसके बाद, एल-समद ने वाशिंगटन विश्वविद्यालय के साथ संयुक्त रूप से विकसित सिंथेटिक प्रोटीन के साथ एक आनुपातिक ओएस समोच्च की शुरुआत की घोषणा की। यह काम महत्वपूर्ण था क्योंकि एल-समद ने दिखाया कि इंजीनियर प्रोटीन का उपयोग कंप्यूटर के लिए PnP बाह्य उपकरणों के रूप में किया जा सकता है, जैसे कि चूहों या प्रिंटर।

हम्मश ने यह सीखने का फैसला किया कि कोशिकाओं में एक एकीकृत ओएस कैसे प्रोग्राम किया जाए। "किसी भी स्वाभिमानी नियंत्रक के पास एक एकीकृत होना चाहिए," उन्होंने कहा, खासकर यदि वह स्थिर होना चाहता है।

हालांकि, एक एकीकृत ओएस बनाना इतना आसान नहीं है। डॉयल ने कहा, "हमें हर चीज को सही तरीके से करने की जरूरत है। अन्यथा, नियंत्रक को अस्थिर किया जाता है। धीरे-धीरे लक्ष्य के करीब पहुंचने के बजाय, अस्थिर नियंत्रक लगातार याद आएगा और लक्ष्य के चारों ओर दोलन करना शुरू कर देगा।


हाना अल-समद, बायोकेमिस्ट्री और बायोफिज़िक्स के प्रोफेसर

हेमश उस समय के डॉक्टरेट पर काम कर रहे एक सिद्धांतकार गैब्रियल लिल्वेस से जुड़े थे, और उस समय माइक्रोबायोलॉजिस्ट- पोस्टोकॉक स्टेफनी अोकी थे। ट्रिनिटी बेसल में रोसेन्थल बायोपार्क में बीएसए -1058 की इमारत में चला गया, और भूतल पर एक नई प्रयोगशाला को लैस करना शुरू कर दिया। सिंथेटिक जीव विज्ञान के क्षेत्र में उनमें से किसी का भी अनुभव नहीं था।

पहला सर्किट अओकी और लिल्विस ने कोशिश की थी कि एक साधारण सर्किट नियंत्रक अणुओं की एक जोड़ी के साथ था: वास्तव में, प्रोटीन ए, जिसमें प्रोटीन बी के लिए जीन शामिल है, और प्रोटीन बी, जो प्रोटीन ए के लिए जीन को निष्क्रिय करता है।

विचार काम नहीं आया। यह Aoki और Lilacci के लिए एक अप्रिय अवधि थी। "आप उम्मीद के मुताबिक काम नहीं करते हैं," अोकी ने कहा। "ऐसी भावना है कि आप नियंत्रण में नहीं हैं।"

समस्या का एक हिस्सा यह था कि एक सेल बनाना बहुत मुश्किल है। जीव विज्ञान के क्षेत्र में विद्युत और यांत्रिक प्रणालियों की प्रसिद्ध अवधारणाओं को स्थानांतरित करना एक मुश्किल काम है, ओल्समैन को समझाया गया है। "उन विचारों को कैसे लिया जाए जिन्हें प्रतिरोधों और कैपेसिटर का उपयोग करके लागू किया जा सकता है, और प्रोटीन, आरएनए और डीएनए का उपयोग करके उन्हें लागू किया जा सकता है?"

और यहां तक ​​कि जब उनके एस्चेरिचिया कोली ने अंततः संकेत दिखाना शुरू कर दिया कि यह गड़बड़ी के परिणामों को ठीक कर सकता है, तो यह पता चला कि वास्तव में यह प्रयोग की एक कला थी। "यह लैब में सबसे बुरे दिनों में से एक रहा होगा," लिलियाक ने कहा।

उस समय, शोधकर्ताओं ने इसे नहीं समझा, लेकिन उनका पहला विकल्प सिद्धांत रूप में गलत था। गणितीय दृष्टिकोण से, एककोशिकीय जीव गाय जैसे बड़े जीवों से बहुत अलग हैं: वे सांख्यिकीय "शोर" के अधीन हैं। हम्मश ने समझाया कि कुछ कोशिकाओं में अपेक्षाकृत कम अणु होते हैं। सेल के अंदर विभिन्न अणुओं की मुठभेड़, टकराव और प्रतिक्रिया की संभावना से उत्पन्न दुर्घटना बहुत बड़ी भूमिका निभाती है।

एक्टिविस्ट और एक्टिविस्ट

बीएसए -1058 की आठवीं मंजिल पर, हम्मश टीम के दो सिद्धांतकारों, कोरेंटिन ब्रिएट और अंकित गुप्ता ने 2014 की शुरुआत में एक नए विचार पर चर्चा शुरू की। उन्होंने महसूस किया कि शोर के प्रभाव को कम करने के लिए, दो नियंत्रक अणुओं का एक विशेष संबंध होना चाहिए: उन्हें एक दूसरे से जुड़ा होना चाहिए और एक दूसरे की जैविक गतिविधि को बेअसर करना चाहिए। प्रत्येक को दूसरे का विरोधी होना चाहिए।

काम में, ब्रीट, गुप्ता और हम्मश ने एक नई योजना का वर्णन किया। इस OOS लूप में, सक्रिय प्रोटीन अणु वांछित प्रोटीन के उत्पादन को प्रोत्साहित करने वाला था। इस प्रोटीन की एकाग्रता, बदले में, एंटी-एक्टीवेटर अणु के उत्पादन दर को निर्धारित करती है जो एक्टिवेटर को अलग करती है। यदि सिस्टम में कुछ गड़बड़ी हुई है, तो एंटी-एक्टिवेटर के उत्पादन की दर में एक समान परिवर्तन से प्रोटीन स्तर में किसी भी त्रुटि को ठीक किया जाएगा। और क्या सबसे अच्छा है, क्योंकि एक्टिवेटर और एंटी-एक्टीव्यूअर मॉलिक्यूल्स एक दूसरे को खोजते और बेअसर करते हैं, ऐसा लूप एक शोर सेल में भी काम करेगा।

गुप्ता ने गणितीय रूप से साबित किया कि इस तरह की योजना शोर सेल सिस्टम के लिए एक स्थिर इंटीग्रेटर प्रदान करेगी। हालांकि, यह सब विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक निर्माण था। ट्रिनिटी ने इसे डिज़ाइन किया था, यह नहीं जानते हुए कि विपरीत एक्टीवेटर और एंटी-एक्टीवेटर अणु क्या दिखते होंगे - या यहाँ तक कि ऐसे अणु मौजूद होते हैं। जीव विज्ञान के ज्ञान की उनकी कमी एक समस्या बन गई जब लेख का मूल्यांकन करने वाले एक स्वतंत्र विशेषज्ञ ने उनसे एक विशिष्ट उदाहरण के लिए पूछा।

हम्मश ने यूसी बर्कले के एक मित्र, जीवविज्ञानी एडम आर्किन को एक ईमेल लिखा और मदद मांगी। अर्किन ने शीघ्र ही बैक्टीरिया में प्रचुर मात्रा में सिग्मा फैक्टर और एंटी-सिग्मा फैक्टर प्रोटीन का प्रस्ताव रखा। आर्किन ने पहले ही कोशिकाओं में एक कृत्रिम स्विच बनाने के लिए उनका उपयोग किया है ।

हालांकि, सिग्मा और एंटी-सिग्मा एकमात्र संभावनाएं नहीं थीं। अर्थमेटिक और एंटीसेन्स आरएनए , विभिन्न विष और एंटीटॉक्सिन भी थे। "इस कार्य के लिए उपयुक्त रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पहाड़ हैं," ओल्समैन ने कहा।


ज्यूरिख में हम्मश प्रयोगशाला के सदस्य

सिद्धांत को जनवरी 2016 में प्रकाशित किया गया था और बहुत उत्साह का कारण बना। "अब यह पूरी तरह से स्पष्ट है कि इस एकीकरण को कैसे लागू किया जाए," ओल्समैन ने कहा। दो महीने पहले, हम्मश ने अोकी और लिल्विक को उस विकास को स्थगित करने के लिए कहा था जो वे तीन साल से काम कर रहे थे और इसके बजाय इस नियंत्रक को बनाने की कोशिश करते हैं। "उसके लिए सैद्धांतिक आधार बहुत अधिक ठोस था," लिलियाक ने कहा। वे सिग्मा और एंटी-सिग्मा कारकों की एक ही जोड़ी का उपयोग करने की कोशिश करने के लिए सहमत हुए जो आर्किन ने सुझाव दिया था।

उनमें से कुछ भी नहीं आया - कम से कम पहले। Aoki और Lilacci को दो बुनियादी मान्यताओं के साथ कुछ करना था, जो वास्तव में पूरी नहीं हुई थीं। एक-एक करके यह पता चला कि कोशिकाओं की संख्या बढ़ने और प्रक्रिया में शामिल कारकों को पतला नहीं करेगी। हालांकि, वे बढ़े, और ई। कोलाई के मामले में, कोशिकाओं की संख्या हर 30 मिनट में दोगुनी हो गई। एक अन्य के अनुसार, यह पता चला है कि प्रोटीन की अभिव्यक्ति की दर किसी भी सीमा के भीतर समायोजित की जा सकती है, लेकिन वास्तव में इसकी एक सीमा है।

2017 के पतन में, जबकि उनके सहयोगियों ने प्रयोगशाला में अपने प्रयासों को जारी रखा, गुप्ता ओहियो में एक सम्मेलन में गए। वहाँ उन्होंने अन्य शोधकर्ताओं के साथ एंटीथेसिस के साथ नियंत्रक के सिद्धांत के अनुसार कोशिकाओं में इंटीग्रेटर्स को एकीकृत करने की कोशिश की। सभी को समस्या थी। गुप्ता ने निर्णय लिया कि योजना को लागू करने के लिए एक और सरल, प्रयोग करने वालों के जीवन को सरल बनाने वाला हो सकता है।

"सरल तरीकों के अस्तित्व के बारे में सवाल पूछना बुद्धिमान है," लिलियाक ने कहा। "और यह पता चला कि ऐसी कोई विधियाँ नहीं थीं।"

गुप्ता ने पाया कि एक स्थिर आदर्श अनुकूलन के लिए गणितीय बाधाएं इतनी गंभीर थीं कि उन्होंने उन सर्किटों के लिए विकल्पों को सीमित कर दिया जो शोर वातावरण में स्थिर हो सकते हैं। और उन सभी को विरोधी अणुओं की एक जोड़ी की आवश्यकता थी।

हम्मश और गुप्ता ने गणितीय प्रमाण को स्पष्ट रूप से स्वीकार किया कि उनका दृष्टिकोण, यद्यपि, कठिन था, केवल विश्वसनीय नहीं था, लेकिन अपरिहार्य था। Aoki और Lilacci, जिन्होंने पहले से ही पहले संकेत देखे थे कि उनकी कोशिकाएं गड़बड़ियों के अनुकूल बनना शुरू कर सकती हैं, यह खबर केवल उठी।

"यह पता लगाना कि केवल एक मूल टोपोलॉजी है जो इस परिणाम को प्राप्त कर सकती है, मेरे लिए बहुत आश्चर्य की बात थी," अोकी ने कहा।

अंत में, Aoki और Lilacci ने Escherichia कोली के एक सेट को एक स्थिर एंजाइम के रूप में गड़बड़ी के बावजूद स्थिर प्रतिदीप्ति को बनाए रखने में सक्षम बनाया, जो हरी प्रतिदीप्ति प्रोटीन खा गया। एक और भी दिलचस्प बात कोशिकाओं के एक और सेट में हुई जब उन्होंने ऊष्मायन तापमान 37 से 30 डिग्री सेल्सियस तक कम कर दिया, लेकिन सेल की वृद्धि दर में बदलाव नहीं हुआ। गुप्ता के साक्ष्य और प्रयोगों Aoki और Lilacci द्वारा इस पत्रिका में जून का वर्णन किया गया।

ओल्समैन को उम्मीद है कि यह उदाहरण सिंथेटिक जीव विज्ञान के क्षेत्र में अधिक तर्कसंगत और गणितीय दृष्टिकोणों के प्रवेश में योगदान देगा, इसे और अधिक इंजीनियरिंग बना देगा। "हम उन्हें आकाश में बढ़ाने के लिए एक हजार विमानों का निर्माण नहीं कर रहे हैं और आशा करते हैं कि वे नहीं गिरेंगे," उन्होंने कहा।

स्थिर आदर्श अनुकूलन के अलावा, कई और रहस्यमय जैविक घटनाएं हैं जिन्हें डिकोडिंग की आवश्यकता होती है - और डॉयल को उम्मीद है कि गणित का उपयोग करके इसे पूरा करना संभव होगा।