✖


Jump to content

Направленная эволюция

Не путать с Направленной эволюцией (трансгуманизмом) .
Пример направленной эволюции в сравнении с естественной эволюцией . Внутренний цикл обозначает три стадии направленного цикла эволюции, в скобках имитируется естественный процесс. Внешний круг демонстрирует этапы типичного эксперимента. Красные символы обозначают функциональные варианты, бледные символы обозначают варианты с пониженной функцией.

Направленная эволюция ( DE ) — это метод, используемый в белковой инженерии , который имитирует процесс естественного отбора , чтобы направить белки или нуклеиновые кислоты к определенной пользователем цели. [1] Он состоит из подвергания гена итеративным раундам мутагенеза (создание библиотеки вариантов), отбора (экспрессия этих вариантов и выделение членов с желаемой функцией) и амплификации (создание шаблона для следующего раунда). Его можно проводить in vivo (в живых организмах) или in vitro (в клетках или в свободном виде в растворе). Направленная эволюция используется как для белковой инженерии в качестве альтернативы рациональному проектированию модифицированных белков, так и для экспериментальных исследований эволюции фундаментальных принципов эволюции в контролируемой лабораторной среде.

История [ править ]

Направленная эволюция берет свое начало в 1960-х годах. [2] с эволюцией молекул РНК в эксперименте « Монстр Шпигельмана ». [3] Эта концепция была распространена на эволюцию белков посредством эволюции бактерий под давлением отбора, который способствовал эволюции одного гена в их геноме. [4]

Первые методы фагового дисплея в 1980-х годах позволяли нацеливать мутации и осуществлять селекцию на один белок. [5] Это позволило выбрать белки с усиленным связыванием , но еще не было совместимо с отбором по каталитической активности ферментов . [6] Методы эволюции ферментов были разработаны в 1990-х годах и сделали эту технику доступной более широкой научной аудитории. [7] Эта область быстро расширялась благодаря новым методам создания библиотек вариантов генов и скрининга их активности. [2] [8] Разработка методов направленной эволюции была отмечена в 2018 году вручением Нобелевской премии по химии Фрэнсис Арнольд за эволюцию ферментов, а также Джорджу Смиту и Грегори Уинтеру за фаговый дисплей. [9]

Принципы [ править ]

Направленная эволюция аналогична восхождению на холм на « фитнес-ландшафте », где высота представляет собой желаемое свойство. В каждом раунде отбора отбираются мутанты со всех сторон стартового шаблона (1) и отбирается мутант с наибольшей высотой, тем самым поднимаясь на холм. Это повторяется до тех пор, пока не будет достигнута местная вершина (2).

Направленная эволюция — это имитация естественного цикла эволюции в лабораторных условиях. Эволюция требует, чтобы произошли три вещи: вариация между репликаторами, чтобы эта вариация вызывала различия в приспособленности, на которые действует отбор, и чтобы эта вариация была наследственной . При ДЭ одиночный ген развивается посредством итеративных раундов мутагенеза, отбора или скрининга и амплификации. [10] Раунды этих шагов обычно повторяются, используя лучший вариант одного раунда в качестве шаблона для следующего для достижения поэтапных улучшений.

Вероятность успеха в эксперименте по направленной эволюции напрямую связана с общим размером библиотеки, поскольку оценка большего количества мутантов увеличивает шансы найти мутанта с желаемыми свойствами. [11]

Создание вариаций [ править ]

Стартовый ген (слева) и библиотека вариантов (справа). Точечные мутации изменяют отдельные нуклеотиды. Вставки и делеции добавляют или удаляют участки ДНК. Перетасовка рекомбинирует сегменты двух (или более) схожих генов.
Как библиотеки ДНК создаются путем случайного мутагенеза образцов пространства последовательностей. Показана аминокислота, замененная в данном положении. Каждая точка или набор связанных точек является одним членом библиотеки. ПЦР, подверженная ошибкам, случайным образом мутирует некоторые остатки на другие аминокислоты. Сканирование аланина заменяет каждый остаток белка аланином один за другим. Сайт-насыщение заменяет каждую из 20 возможных аминокислот (или некоторых их подмножеств) в одном положении, одну за другой.

Первым шагом в цикле направленной эволюции является создание библиотеки вариантов генов. Пространство последовательностей для случайной последовательности огромно (10 130 возможные последовательности для белка из 100 аминокислот ) и чрезвычайно редко населены функциональными белками. Ни экспериментальный, [12] ни естественный [13] [ не удалось пройти проверку ] эволюция когда-либо сможет приблизиться к выборке такого большого количества последовательностей. Конечно, естественная эволюция отбирает вариантные последовательности, близкие к функциональным белковым последовательностям, и это имитируется в DE путем мутагенизации уже функционального гена.Некоторые расчеты предполагают, что вполне возможно, что для всех практических (т.е. функциональных и структурных) целей пространство белковых последовательностей было полностью исследовано в ходе эволюции жизни на Земле. [13]

Исходный ген может быть мутагенизирован с помощью случайных точечных мутаций подверженной ошибкам (с помощью химических мутагенов или ПЦР, ). [14] [15] и вставки и делеции (с помощью транспозонов). [16] Рекомбинацию генов можно имитировать путем перетасовки ДНК [17] [18] нескольких последовательностей (обычно с более чем 70% идентичностью последовательностей) для перехода в области пространства последовательностей между перетасованными родительскими генами. Наконец, определенные области гена могут быть систематически рандомизированы. [19] для более целенаправленного подхода, основанного на знании структуры и функций. В зависимости от метода создаваемая библиотека будет различаться по доле содержащихся в ней функциональных вариантов . Даже если организм используется для экспрессии интересующего гена, путем мутагенизации только этого гена остальная часть генома организма остается прежней и может быть проигнорирована для эволюционного эксперимента (вплоть до обеспечения постоянной генетической среды).

Обнаружение различий приспособленности в

Большинство мутаций вредны, поэтому библиотеки мутантов, как правило, содержат варианты со сниженной активностью . [20] Поэтому высокопроизводительный анализ жизненно важен для измерения активности и поиска редких вариантов с полезными мутациями, которые улучшают желаемые свойства. Существуют две основные категории методов выделения функциональных вариантов. Системы селекции напрямую связывают функцию белка с выживанием гена, тогда как системы скрининга индивидуально анализируют каждый вариант и позволяют установить количественный порог для сортировки варианта или популяции вариантов желаемой активности. Как селекция, так и скрининг могут проводиться в живых клетках ( эволюция in vivo ) или непосредственно на белке или РНК без каких-либо клеток ( эволюция in vitro ). [21] [22]

Во время эволюции in vivo каждая клетка (обычно бактерия или дрожжи ) трансформируется плазмидой , содержащей другой член библиотеки вариантов. Таким образом, между клетками различается только интересующий ген, а все остальные гены остаются неизменными. Клетки экспрессируют белок либо в цитоплазме , либо на поверхности , где можно проверить его функцию. Преимущество этого формата заключается в выборе свойств в клеточной среде, что полезно, когда развитый белок или РНК необходимо использовать в живых организмах. При выполнении без клеток DE включает использование in vitro транскрипционной трансляции для производства белков или РНК, свободных от растворов или разделенных в искусственных микрокапельках . Преимущество этого метода состоит в том, что он более универсален в условиях отбора (например, температура, растворитель) и может экспрессировать белки, токсичные для клеток. Более того, эксперименты по эволюции in vitro позволяют создавать библиотеки гораздо большего размера (до 10 15 ), поскольку библиотечную ДНК не нужно вставлять в клетки (часто ограничивающий этап).

Выбор [ править ]

Выбор связывающей активности концептуально прост. Молекулу-мишень иммобилизуют на твердой подложке, на нее проливают библиотеку вариантов белков, плохие связующие смывают, а оставшиеся связанные варианты извлекают для выделения их генов. [23] Связывание фермента с иммобилизованным ковалентным ингибитором также использовалось как попытка выделить активные катализаторы. Однако этот подход выбирает только одиночный каталитический оборот и не является хорошей моделью связывания субстрата или истинной реакционной способности субстрата. Если ферментативную активность можно сделать необходимой для выживания клеток либо путем синтеза жизненно важного метаболита, либо путем разрушения токсина, то выживаемость клеток является функцией активности фермента. [24] [25] Пропускная способность таких систем обычно ограничена только эффективностью трансформации клеток. Они также менее дороги и трудоемки, чем скрининг, однако их, как правило, сложно спроектировать, они подвержены артефактам и не дают информации о спектре деятельности , присутствующей в библиотеке.

Скрининг [ править ]

Альтернативой отбору является система отбора. Каждый вариант гена экспрессируется индивидуально и анализируется для количественного измерения активности (чаще всего с помощью колоргенного или флюорогенного продукта). Затем варианты ранжируются, и экспериментатор решает, какие варианты использовать в качестве шаблонов для следующего раунда DE. Даже самые высокопроизводительные анализы обычно имеют меньший охват, чем методы селекции, но дают преимущество в виде получения подробной информации по каждому из проверенных вариантов. Эти дезагрегированные данные также можно использовать для характеристики распределения деятельности в библиотеках, что невозможно в простых системах отбора. Таким образом, системы скрининга имеют преимущества, когда дело доходит до экспериментальной характеристики адаптивной эволюции и ландшафта приспособленности.

Обеспечение наследственности [ править ]

может Экспрессируемый белок быть либо ковалентно связан со своим геном (как в мРНК , слева), либо разделен с ним ( клетки или искусственные компартменты , справа). В любом случае гарантируется, что ген можно будет выделить на основе активности кодируемого белка.

Когда выделены функциональные белки, необходимо, чтобы были выделены и их гены, поэтому генотип-фенотип . необходима связь [24] Это может быть ковалентным, например, дисплей мРНК , когда ген мРНК связан с белком в конце трансляции пуромицином. [12] В качестве альтернативы белок и его ген могут быть совместно локализованы путем компартментализации в живых клетках. [26] или капли эмульсии. [27] Выделенные последовательности генов затем амплифицируются с помощью ПЦР или с помощью трансформированных бактерий-хозяев. В качестве матрицы для следующего раунда мутагенеза можно использовать либо одну лучшую последовательность, либо пул последовательностей. Повторяющиеся циклы Диверсификация-Отбор-Усиление создают варианты белка, адаптированные к приложенному давлению отбора.

с рациональным дизайном Сравнение белка

эволюции направленной Преимущества ​

Рациональный дизайн белка основан на глубоком знании структуры белка , а также его каталитического механизма . [28] [29] вносятся специфические изменения Затем с помощью сайт-направленного мутагенеза в попытке изменить функцию белка. Недостаток этого подхода заключается в том, что даже когда структура и механизм действия белка хорошо известны, изменения, вызванные мутацией, все еще трудно предсказать. Следовательно, преимущество DE состоит в том, что нет необходимости понимать механизм желаемой активности или то, как на нее повлияют мутации. [30]

эволюции направленной Ограничения ​

Ограничением направленной эволюции является то, что для измерения эффектов большого количества различных случайных мутаций требуется высокопроизводительный анализ. Это может потребовать обширных исследований и разработок, прежде чем его можно будет использовать для направленной эволюции. Кроме того, такие анализы часто очень специфичны для мониторинга конкретной активности и поэтому не могут быть перенесены в новые эксперименты по DE. [31]

Кроме того, выбор улучшения анализируемой функции просто приводит к улучшению анализируемой функции. Чтобы понять, как достигаются эти улучшения, необходимо измерить свойства развивающегося фермента. Улучшение анализируемой активности может быть связано с улучшением каталитической активности фермента или концентрации фермента. Также нет никакой гарантии, что улучшение одного субстрата улучшит активность другого. Это особенно важно, когда желаемая активность не может быть напрямую проверена или выбрана и поэтому используется «прокси»-субстрат. DE может привести к эволюционной специализации до прокси без улучшения желаемой деятельности. Следовательно, выбор соответствующих условий скрининга или отбора имеет жизненно важное значение для успешного ДЭ. [32]

Скорость эволюции в эксперименте также ограничивает полезность направленной эволюции. Например, эволюция конкретного фенотипа, хотя и теоретически осуществима, может происходить в сроки, практически неосуществимые. [33] Недавние теоретические подходы были направлены на преодоление ограничения скорости посредством применения методов противодиабатического вождения из статистической физики, хотя это еще предстоит реализовать в эксперименте по направленной эволюции. [34]

Комбинаторные подходы [ править ]

Комбинированные «полурациональные» подходы исследуются с целью устранения ограничений как рационального замысла, так и направленной эволюции. [1] [35] Полезные мутации редки, поэтому приходится проверять большое количество случайных мутантов, чтобы найти улучшенные варианты. «Специализированные библиотеки» концентрируются на рандомизации областей, которые, как считается, более богаты полезными мутациями для этапа мутагенеза DE. Целенаправленная библиотека содержит меньше вариантов, чем традиционная библиотека случайного мутагенеза, и поэтому не требует такого высокопроизводительного скрининга.

Создание целенаправленной библиотеки требует некоторых знаний о том, какие остатки в структуре подлежат мутации. Например, знание активного центра фермента может позволить только те остатки, которые, как известно, взаимодействуют с субстратом . рандомизировать [36] [37] Альтернативно, знание того, какие области белка являются вариабельными по своей природе, может способствовать мутагенезу только в этих областях. [38] [39]

Приложения [ править ]

Направленная эволюция часто используется в белковой инженерии как альтернатива рациональному проектированию . [40] но также может быть использован для исследования фундаментальных вопросов эволюции ферментов. [41]

Белковая инженерия [ править ]

Как инструмент белковой инженерии DE оказался наиболее успешным в трех областях:

  1. Улучшение стабильности белка для биотехнологического использования при высоких температурах или в агрессивных растворителях. [42] [43] [44]
  2. Улучшение аффинности связывания ( терапевтических антител созревание аффинности ) [45] и активность de novo ферментов, созданных [30]
  3. Изменение субстратной специфичности существующих ферментов, [46] [47] [48] [49] (часто для использования в промышленности) [40]

исследования Эволюционные ​ ​

Смотрите также: Экспериментальная эволюция

Изучение естественной эволюции традиционно основывается на существующих организмах и их генах. Однако исследования фундаментально ограничены отсутствием окаменелостей (и особенно отсутствием ДНК ). древних последовательностей [50] [51] и неполное знание древних условий окружающей среды. Направленная эволюция исследует эволюцию в контролируемой системе генов отдельных ферментов . [52] [53] [35] рибозимы [54] и репликаторы [55] [3] (аналогично экспериментальной эволюции эукариот , [56] [57] прокариоты [58] и вирусы [59] ).

DE позволяет контролировать давление отбора , скорость мутаций и окружающую среду (как абиотическую среду, такую ​​как температура, так и биотическую среду, такую ​​​​как другие гены в организме). Кроме того, существует полная запись всех эволюционных промежуточных генов. Это позволяет проводить детальные измерения эволюционных процессов, например, эпистаза , эволюционности , адаптивных ограничений. [60] [61] фитнес-пейзажи , [62] и нейтральные сети . [63]

микробных Адаптивная лабораторная эволюция протеомов

Природный аминокислотный состав протеомов может быть изменен путем глобальных замен канонических аминокислот подходящими неканоническими аналогами под экспериментально навязанным селективным давлением . были предприняты попытки глобальной замены природных аминокислот на фторированные аналоги по всему протеому. Например, у Escherichia coli [64] и Bacillus subtilis . [65] О полной замене триптофана на тиенопиррол-аланин в ответ на 20899 кодонов UGG в Escherichia coli сообщили в 2015 году Будиса и Зёлль . [66] Ожидается, что экспериментальная эволюция микробных штаммов с четкой аккомодацией дополнительной аминокислоты будет способствовать экспериментальному расширению генетического кода . [67] определенного гена Направленная эволюция обычно нацелена на мутагенез , а затем проверяет полученные варианты на предмет фенотипа интересующего приспособленности , часто независимо от эффектов , тогда как адаптивная лабораторная эволюция отбирает множество общегеномных мутаций, которые способствуют приспособленности активно растущих культур. [68]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лутц С. (декабрь 2010 г.). «За пределами направленной эволюции — полурациональная белковая инженерия и дизайн» . Современное мнение в области биотехнологии . 21 (6): 734–43. дои : 10.1016/j.copbio.2010.08.011 . ПМЦ   2982887 . ПМИД   20869867 .
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кобб Р.Э., Чао Р., Чжао Х. (май 2013 г.). «Направленная эволюция: прошлое, настоящее и будущее» . Журнал Айше . 59 (5): 1432–1440. дои : 10.1002/aic.13995 . ПМЦ   4344831 . ПМИД   25733775 .
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Миллс Д.Р., Петерсон Р.Л., Шпигельман С. (июль 1967 г.). «Внеклеточный дарвиновский эксперимент с самодублирующейся молекулой нуклеиновой кислоты» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 58 (1): 217–24. Бибкод : 1967ПНАС...58..217М . дои : 10.1073/pnas.58.1.217 . ПМК   335620 . ПМИД   5231602 .
  4. ^ Холл Б.Г. (июль 1978 г.). «Экспериментальная эволюция новой ферментативной функции. II. Эволюция множества функций фермента ebg в E. coli» . Генетика . 89 (3): 453–65. дои : 10.1093/генетика/89.3.453 . ПМЦ   1213848 . ПМИД   97169 .
  5. ^ Смит ГП (июнь 1985 г.). «Нитевидный слитый фаг: новые векторы экспрессии, которые отображают клонированные антигены на поверхности вириона». Наука . 228 (4705): 1315–7. Бибкод : 1985Sci...228.1315S . дои : 10.1126/science.4001944 . ПМИД   4001944 .
  6. ^ Чен К., Арнольд Ф.Х. (1991). «Ферментная инженерия неводных растворителей: случайный мутагенез для повышения активности субтилизина Е в полярных органических средах». Био/Технологии . 9 (11): 1073–1077. дои : 10.1038/nbt1191-1073 . ISSN   0733-222X . ПМИД   1367624 . S2CID   12380597 .
  7. ^ Ким, Ын Сон (27 ноября 2008 г.). «Направленная эволюция: историческое исследование эволюционной экспериментальной системы нанобиотехнологии, 1965–2006». Минерва . 46 (4): 463–484. дои : 10.1007/s11024-008-9108-9 . ISSN   0026-4695 . S2CID   55845851 .
  8. ^ Пакер М.С., Лю Д.Р. (июль 2015 г.). «Методы направленной эволюции белков». Обзоры природы. Генетика . 16 (7): 379–94. дои : 10.1038/nrg3927 . ПМИД   26055155 . S2CID   205486139 .
  9. ^ «Нобелевская премия по химии 2018» . NobelPrize.org . Проверено 3 октября 2018 г.
  10. ^ Фойгт К.А., Кауфман С., Ван З.Г. (2000). «Рациональный эволюционный дизайн: теория эволюции белков in vitro». Эволюционный дизайн белка . Том. 55. С. 79–160. дои : 10.1016/s0065-3233(01)55003-2 . ISBN  9780120342556 . ПМИД   11050933 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  11. ^ Долби, Пенсильвания (август 2011 г.). «Стратегия и успех направленной эволюции ферментов». Современное мнение в области структурной биологии . 21 (4): 473–80. дои : 10.1016/j.sbi.2011.05.003 . ПМИД   21684150 .
  12. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Липовсек Д., Плюктун А. (июль 2004 г.). «Эволюция белков in vitro посредством отображения рибосом и отображения мРНК». Журнал иммунологических методов . 290 (1–2): 51–67. дои : 10.1016/j.jim.2004.04.008 . ПМИД   15261571 .
  13. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Драйден Д.Т., Томсон А.Р., Уайт Дж.Х. (август 2008 г.). «Какая часть пространства белковых последовательностей исследована жизнью на Земле?» . Журнал Королевского общества, Интерфейс . 5 (25): 953–6. дои : 10.1098/rsif.2008.0085 . ПМК   2459213 . ПМИД   18426772 .
  14. ^ Кучнер О, Арнольд Ф.Х. (декабрь 1997 г.). «Направленная эволюция ферментных катализаторов» . Тенденции в биотехнологии . 15 (12): 523–30. дои : 10.1016/s0167-7799(97)01138-4 . ПМИД   9418307 .
  15. ^ Сен С., Венката Дасу В., Мандал Б. (декабрь 2007 г.). «Разработки в области направленной эволюции для улучшения функций ферментов». Прикладная биохимия и биотехнология . 143 (3): 212–23. дои : 10.1007/s12010-007-8003-4 . ПМИД   18057449 . S2CID   32550018 .
  16. ^ Джонс Д.Д. (май 2005 г.). «Удаление триплетных нуклеотидов в случайных положениях в гене-мишени: толерантность бета-лактамазы TEM-1 к делеции аминокислоты» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 (9): е80. дои : 10.1093/nar/gni077 . ПМК   1129029 . ПМИД   15897323 .
  17. ^ Стеммер В.П. (август 1994 г.). «Быстрая эволюция белка in vitro путем перетасовки ДНК». Природа . 370 (6488): 389–91. Бибкод : 1994Natur.370..389S . дои : 10.1038/370389a0 . ПМИД   8047147 . S2CID   4363498 .
  18. ^ Крамери А., Райлард С.А., Бермудес Э., Стеммер В.П. (январь 1998 г.). «Перетасовка ДНК семейства генов разных видов ускоряет направленную эволюцию». Природа . 391 (6664): 288–91. Бибкод : 1998Natur.391..288C . дои : 10.1038/34663 . ПМИД   9440693 . S2CID   4352696 .
  19. ^ Ритц М.Т., Карбаллейра Дж.Д. (2007). «Итеративный насыщающий мутагенез (ISM) для быстрой направленной эволюции функциональных ферментов». Протоколы природы . 2 (4): 891–903. дои : 10.1038/nprot.2007.72 . PMID   17446890 . S2CID   37361631 .
  20. ^ Хартл Д.Л. (октябрь 2014 г.). «Чему мы можем научиться из фитнес-ландшафтов?» . Современное мнение в микробиологии . 21 : 51–7. дои : 10.1016/j.mib.2014.08.001 . ПМЦ   4254422 . ПМИД   25444121 .
  21. ^ Бадран А.Х., Лю Д.Р. (февраль 2015 г.). «In vivo непрерывная направленная эволюция» . Современное мнение в области химической биологии . 24 : 1–10. дои : 10.1016/j.cbpa.2014.09.040 . ПМК   4308500 . ПМИД   25461718 .
  22. ^ Кумар А., Сингх С. (декабрь 2013 г.). «Направленная эволюция: адаптация биокатализаторов для промышленного применения». Критические обзоры по биотехнологии . 33 (4): 365–78. дои : 10.3109/07388551.2012.716810 . ПМИД   22985113 . S2CID   42821437 .
  23. ^ Willats WG (декабрь 2002 г.). «Фаговый дисплей: практические аспекты и перспективы». Молекулярная биология растений . 50 (6): 837–54. дои : 10.1023/А:1021215516430 . ПМИД   12516857 . S2CID   4960676 .
  24. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лимхейс Х., Стейн В., Гриффитс А.Д., Холлфельдер Ф. (август 2005 г.). «Новые связи генотип-фенотип для направленной эволюции функциональных белков». Современное мнение в области структурной биологии . 15 (4): 472–8. дои : 10.1016/j.sbi.2005.07.006 . ПМИД   16043338 .
  25. ^ Верховен К.Д., Альтштадт О.К., Савинов С.Н. (март 2012 г.). «Внутриклеточное обнаружение и эволюция сайт-специфических протеаз с использованием системы генетической селекции». Прикладная биохимия и биотехнология . 166 (5): 1340–54. дои : 10.1007/s12010-011-9522-6 . ПМИД   22270548 . S2CID   36583382 .
  26. ^ Нгуен А.В., Догерти П.С. (март 2005 г.). «Эволюционная оптимизация флуоресцентных белков для внутриклеточного FRET». Природная биотехнология . 23 (3): 355–60. дои : 10.1038/nbt1066 . ПМИД   15696158 . S2CID   24202205 .
  27. ^ Шарли Ю., Хольфельдер Ф. (декабрь 2009 г.). «Потенциал микрожидкостных капель воды в масле в экспериментальной биологии». Молекулярные биосистемы . 5 (12): 1392–404. дои : 10.1039/b907578j . ПМИД   20023716 .
  28. ^ Маршалл С.А., Лазар Г.А., Чирино А.Дж., Дежарле-младший (март 2003 г.). «Рациональный дизайн и разработка терапевтических белков». Открытие наркотиков сегодня . 8 (5): 212–21. дои : 10.1016/s1359-6446(03)02610-2 . ПМИД   12634013 .
  29. ^ Уилсон CJ (27 октября 2014 г.). «Рациональный дизайн белка: разработка биологических терапевтических средств нового поколения и нанобиотехнологических инструментов». Междисциплинарные обзоры Wiley: наномедицина и нанобиотехнологии . 7 (3): 330–41. дои : 10.1002/wnan.1310 . ПМИД   25348497 .
  30. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гигер Л., Канер С., Обексер Р., Каст П., Бейкер Д., Бан Н., Хилверт Д. (август 2013 г.). «Эволюция созданной ретро-альдолазы приводит к полному ремоделированию активного сайта» . Химическая биология природы . 9 (8): 494–8. дои : 10.1038/nchembio.1276 . ПМК   3720730 . ПМИД   23748672 .
  31. ^ Борншойер, Юта, Пол М. (апрель 2001 г.). «Улучшенные биокатализаторы путем направленной эволюции и рационального дизайна белков». Современное мнение в области химической биологии . 5 (2): 137–43. дои : 10.1016/s1367-5931(00)00182-4 . ПМИД   11282339 .
  32. ^ Арнольд, Фрэнсис; Георгиу, Джордж (2003). Направленная эволюция ферментов: методы скрининга и селекции . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN  9781588292865 . OCLC   52400248 .
  33. ^ Казначеев, Артем (01.05.2019). «Вычислительная сложность как окончательное ограничение эволюции» . Генетика . 212 (1): 245–265. doi : 10.1534/genetics.119.302000 . ISSN   0016-6731 . ПМК   6499524 . ПМИД   30833289 .
  34. ^ Ирам, Шамрин; Долсон, Эмили; Чил, Джошуа; Пелеско, Юлия; Кришнан, Нихил; Гюнгор, Озенч; Кузнец-Спек, Бенджамин; Деффнер, Себастьян; Илькер, Эфе; Скотт, Джейкоб Г.; Хинчевски, Майкл (24 августа 2020 г.). «Управление скоростью и траекторией эволюции с помощью контрдиабатического вождения» . Физика природы . 17 : 135–142. arXiv : 1912.03764 . дои : 10.1038/s41567-020-0989-3 . ISSN   1745-2481 . S2CID   224474363 .
  35. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Голдсмит М., Тауфик Д.С. (август 2012 г.). «Направленная эволюция ферментов: за пределами легко висящих плодов». Современное мнение в области структурной биологии . 22 (4): 406–12. дои : 10.1016/j.sbi.2012.03.010 . ПМИД   22579412 .
  36. ^ Чен М.М., Сноу CD, Вискарра CL, Мэйо С.Л., Арнольд Ф.Х. (апрель 2012 г.). «Сравнение случайного мутагенеза и полурационально созданных библиотек для улучшенного гидроксилирования малых алканов, катализируемого цитохромом P450 BM3» . Белковая инженерия, проектирование и отбор . 25 (4): 171–8. дои : 10.1093/протеин/gzs004 . ПМИД   22334757 .
  37. ^ Асеведо-Роча К.Г., Хёбенрайх С., Ритц М.Т. (2014). «Итеративный насыщающий мутагенез: мощный подход к конструированию белков путем систематического моделирования дарвиновской эволюции». Создание библиотеки направленной эволюции . Методы молекулярной биологии. Том. 1179. стр. 103–28. дои : 10.1007/978-1-4939-1053-3_7 . ISBN  978-1-4939-1052-6 . ПМИД   25055773 .
  38. ^ Йохенс Х., Борншойер, Юта (сентябрь 2010 г.). «Природное разнообразие для направления целенаправленной эволюции» . ХимБиоХим . 11 (13): 1861–6. дои : 10.1002/cbic.201000284 . ПМИД   20680978 . S2CID   28333030 .
  39. ^ Йохенс Х., Аэртс Д., Борншойер Юта (декабрь 2010 г.). «Термостабилизация эстеразы путем целенаправленной направленной эволюции, управляемой выравниванием» . Белковая инженерия, проектирование и отбор . 23 (12): 903–9. дои : 10.1093/протеин/gzq071 . ПМИД   20947674 .
  40. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Тернер, Нью-Джерси (август 2009 г.). «Направленная эволюция стимулирует новое поколение биокатализаторов». Химическая биология природы . 5 (8): 567–73. дои : 10.1038/nchembio.203 . ПМИД   19620998 .
  41. ^ Ромеро П.А., Арнольд Ф.Х. (декабрь 2009 г.). «Изучение ландшафта белковой пригодности путем направленной эволюции» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 10 (12): 866–76. дои : 10.1038/nrm2805 . ПМК   2997618 . ПМИД   19935669 .
  42. ^ Гатти-Лафранкони П., Наталелло А., Рем С., Доглиа С.М., Плейсс Дж., Лотти М. (январь 2010 г.). «Эволюция стабильности холодоактивного фермента вызывает релаксацию специфичности и подчеркивает влияние субстрата на температурную адаптацию» . Журнал молекулярной биологии . 395 (1): 155–66. дои : 10.1016/j.jmb.2009.10.026 . ПМИД   19850050 .
  43. ^ Чжао Х., Арнольд Ф.Х. (январь 1999 г.). «Направленная эволюция превращает субтилизин Е в функциональный эквивалент термитазы» . Белковая инженерия . 12 (1): 47–53. дои : 10.1093/протеин/12.1.47 . ПМИД   10065710 .
  44. ^ Фавор АХ, Лланос КД, Янгблут МД, Бардалес Дж.А. (2020). «Оптимизация инженерии бактериофагов с помощью платформы ускоренной эволюции» . Научные отчеты . 10 (1): 13981. doi : 10.1038/s41598-020-70841-1 . ПМЦ   7438504 . ПМИД   32814789 .
  45. ^ Хокинс Р.Э., Рассел С.Дж., Уинтер Дж. (август 1992 г.). «Отбор фаговых антител по аффинности связывания. Имитация созревания аффинности». Журнал молекулярной биологии . 226 (3): 889–96. дои : 10.1016/0022-2836(92)90639-2 . ПМИД   1507232 .
  46. ^ Шейх Ф.А., Уизерс С.Г. (апрель 2008 г.). «Обучение старых ферментов новым трюкам: разработка и эволюция гликозидаз и гликозилтрансфераз для улучшения синтеза гликозидов». Биохимия и клеточная биология . 86 (2): 169–77. дои : 10.1139/o07-149 . ПМИД   18443630 .
  47. ^ Чериян М., Уолтерс М.Дж., Канг Б.Д., Анзалди Л.Л., Тун Э.Дж., Фирке К.А. (ноябрь 2011 г.). «Направленная эволюция пируватальдолазы для распознавания длинноцепочечного ацильного субстрата» . Биоорганическая и медицинская химия . 19 (21): 6447–53. дои : 10.1016/j.bmc.2011.08.056 . ПМК   3209416 . ПМИД   21944547 .
  48. ^ МакБит Г., Каст П., Хилверт Д. (март 1998 г.). «Перепроектирование топологии ферментов путем направленной эволюции». Наука . 279 (5358): 1958–61. Бибкод : 1998Sci...279.1958M . дои : 10.1126/science.279.5358.1958 . ПМИД   9506949 .
  49. ^ Тоскано, доктор медицинских наук, Войцеховский К.Дж., Хилверт Д. (2007). «Минималистский редизайн активного сайта: обучение старых ферментов новым трюкам». Ангеванде Хеми . 46 (18): 3212–36. дои : 10.1002/anie.200604205 . ПМИД   17450624 .
  50. ^ Паабо С., Пойнар Х., Серр Д., Янике-Деспре В., Хеблер Дж., Роланд Н., Куч М., Краузе Дж., Виджилант Л., Хофрайтер М. (2004). «Генетический анализ древней ДНК» . Ежегодный обзор генетики . 38 (1): 645–79. дои : 10.1146/annurev.genet.37.110801.143214 . ПМИД   15568989 .
  51. ^ Хёсс М., Яруга П., Заставный Т.Х., Диздароглу М., Паабо С. (апрель 1996 г.). «Повреждение ДНК и извлечение последовательности ДНК из древних тканей» . Исследования нуклеиновых кислот . 24 (7): 1304–7. дои : 10.1093/нар/24.7.1304 . ПМК   145783 . ПМИД   8614634 .
  52. ^ Блум Джей Ди, Арнольд Ф. Х. (июнь 2009 г.). «В свете направленной эволюции: пути адаптивной эволюции белков» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 Приложение 1 (Дополнение_1): 9995–10000. дои : 10.1073/pnas.0901522106 . ПМК   2702793 . ПМИД   19528653 .
  53. ^ Моисей А.М., Дэвидсон А.Р. (май 2011 г.). «Эволюция in vitro идет глубоко» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (20): 8071–2. Бибкод : 2011PNAS..108.8071M . дои : 10.1073/pnas.1104843108 . ПМК   3100951 . ПМИД   21551096 .
  54. ^ Салехи-Аштиани К., Шостак Дж.В. (ноябрь 2001 г.). «Эволюция in vitro предполагает множественное происхождение рибозима «головка молотка». Природа . 414 (6859): 82–4. Бибкод : 2001Natur.414...82S . дои : 10.1038/35102081 . ПМИД   11689947 . S2CID   4401483 .
  55. ^ Сампер М., Люс Р. (январь 1975 г.). «Доказательства производства de novo самореплицирующихся и адаптированных к окружающей среде структур РНК с помощью репликазы бактериофага Qbeta» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 72 (1): 162–6. Бибкод : 1975ПНАС...72..162С . дои : 10.1073/pnas.72.1.162 . ПМК   432262 . ПМИД   1054493 .
  56. ^ Марден Дж. Х., Вольф М. Р., Вебер К. Е. (ноябрь 1997 г.). «Воздушные характеристики Drosophila melanogaster из популяций, отобранных по способности летать против ветра». Журнал экспериментальной биологии . 200 (Часть 21): 2747–55. дои : 10.1242/jeb.200.21.2747 . ПМИД   9418031 .
  57. ^ Рэтклифф У.К., Денисон Р.Ф., Боррелло М., Травизано М. (январь 2012 г.). «Экспериментальная эволюция многоклеточности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (5): 1595–600. Бибкод : 2012PNAS..109.1595R . дои : 10.1073/pnas.1115323109 . ПМЦ   3277146 . ПМИД   22307617 .
  58. ^ Баррик Дж.Э., Ю Д.С., Юн Ш., Чон Х., О ТК, Шнайдер Д., Ленски Р.Э., Ким Дж.Ф. (октябрь 2009 г.). «Эволюция и адаптация генома в долгосрочном эксперименте с Escherichia coli». Природа . 461 (7268): 1243–7. Бибкод : 2009Natur.461.1243B . дои : 10.1038/nature08480 . ПМИД   19838166 . S2CID   4330305 .
  59. ^ Хейнеман Р.Х., Молинью И.Дж., Булл Дж.Дж. (август 2005 г.). «Эволюционная устойчивость оптимального фенотипа: реэволюция лизиса в бактериофаге, удаленном из-за гена лизина». Журнал молекулярной эволюции . 61 (2): 181–91. Бибкод : 2005JMolE..61..181H . дои : 10.1007/s00239-004-0304-4 . ПМИД   16096681 . S2CID   31230414 .
  60. ^ Стейнберг Б., Остермайер М. (январь 2016 г.). «Изменения окружающей среды перекрывают эволюционные долины» . Достижения науки . 2 (1): e1500921. Бибкод : 2016SciA....2E0921S . дои : 10.1126/sciadv.1500921 . ПМЦ   4737206 . ПМИД   26844293 .
  61. ^ Арнольд Ф.Х., Винтроде П.Л., Миядзаки К., Гершенсон А. (февраль 2001 г.). «Как адаптируются ферменты: уроки направленной эволюции». Тенденции биохимических наук . 26 (2): 100–6. дои : 10.1016/s0968-0004(00)01755-2 . ПМИД   11166567 . S2CID   13331137 .
  62. ^ Аита Т., Хамамацу Н., Номия Ю., Утияма Х., Шибанака Ю., Хусими Ю. (июль 2002 г.). «Обследование локального ландшафта пригодности белка с эпистатическими участками для изучения направленной эволюции». Биополимеры . 64 (2): 95–105. дои : 10.1002/бип.10126 . ПМИД   11979520 .
  63. ^ Блум Дж. Д., Раваль А., Уилке СО (январь 2007 г.). «Термодинамика эволюции нейтральных белков» . Генетика . 175 (1): 255–66. arXiv : q-bio/0605041 . doi : 10.1534/genetics.106.061754 . ПМК   1775007 . ПМИД   17110496 .
  64. ^ Бахер, Дж. М.; Эллингтон, AD (2001). «Отбор и характеристика вариантов Escherichia coli, способных расти на токсичном аналоге триптофана» . Журнал бактериологии . 183 (18): 5414–5425. дои : 10.1128/jb.183.18.5414-5425.2001 . ПМК   95426 . ПМИД   11514527 .
  65. ^ Вонг, Дж. Т. (1983). «Мутация членства в генетическом коде: потеря приспособленности из-за триптофана» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 80 (20): 6303–6306. Бибкод : 1983PNAS...80.6303W . дои : 10.1073/pnas.80.20.6303 . ПМЦ   394285 . ПМИД   6413975 .
  66. ^ Хёсл, МГ; Оем, С.; Дуркин, П.; Дармон, Э.; Пейл, Л.; Аэрни, Х.-Р.; Раппсилбер, Дж .; Райнхарт, Дж.; Лич, Д.; Зёлль, Д.; Будиса, Н. (2015). «Химическая эволюция бактериального протеома» . Angewandte Chemie, международное издание . 54 (34): 10030–10034. дои : 10.1002/anie.201502868 . ПМЦ   4782924 . ПМИД   26136259 . НИХМСИД: NIHMS711205
  67. ^ Агостини, Ф.; Фёллер, Дж.С.; Кокш, Б.; Асеведо-Роча, CG; Кубышкин В.; Будиса, Н. (2017). «Биокатализ неприродными аминокислотами: энзимология встречается с ксенобиологией». Angewandte Chemie, международное издание . 56 (33): 9680–9703. дои : 10.1002/anie.201610129 . ПМИД   28085996 .
  68. ^ Сандберг, Т.Э.; Салазар, MJ; Венг, LL; Палссон, Бо; Кубышкин В.; Файст, AM (2019). «Появление адаптивной лабораторной эволюции как эффективного инструмента биологических открытий и промышленной биотехнологии» . Метаб англ . 56 : 1–16. дои : 10.1016/j.ymben.2019.08.004 . ПМК   6944292 . ПМИД   31401242 .

Внешние ссылки [ править ]

У Схолии есть тематический профиль « Направленная эволюция» .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Directed_evolution&oldid=1202617475"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 112484c29c126522cc0003437b7f6601__1706923680
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/11/01/112484c29c126522cc0003437b7f6601.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Directed evolution - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)