Экспериментальная эволюция бактериофагов

Экспериментальные исследования эволюции — это средство проверки эволюционной теории в ходе тщательно спланированных воспроизводимых экспериментов. При наличии достаточного количества времени, пространства и денег любой организм можно было бы использовать для экспериментальных исследований эволюции. Однако те, у кого быстрое время генерации , высокая частота мутаций , большие и малые размеры популяций , повышают осуществимость экспериментальных исследований в лабораторном контексте. По этим причинам бактериофаги (т.е. вирусы , поражающие бактерии ) особенно отдаются биологам-экспериментаторам-эволюционистам. Бактериофаги и микробные организмы могут быть заморожены в стазисе, что облегчает сравнение эволюционировавших штаммов с предками. Кроме того, микробы особенно лабильны с молекулярно-биологической точки зрения. множество молекулярных инструментов было разработано Для манипулирования генетическим материалом микробных организмов геномов , а из-за небольших размеров секвенирование полных геномов эволюционировавших штаммов является тривиальной задачей. Таким образом, можно провести сравнение точных молекулярных изменений в эволюционировавших штаммах во время адаптация к новым условиям.

Экспериментальные исследования по категориям

Лабораторная филогенетика

Филогенетика – это изучение эволюционного родства организмов. Лабораторная филогенетика - это изучение эволюционного родства организмов, созданных в лаборатории. Преимущество лабораторной филогенетики заключается в том, что точная история эволюции организма известна, а не оценивается, как в случае большинства организмов.

Эпистаз

Эпистаз – это зависимость действия одного гена или мутации от присутствия другого гена или мутации. Теоретически эпистаз может быть трех форм: отсутствие эпистаза (аддитивное наследование), синергический (или положительный) эпистаз и антагонистический (или отрицательный) эпистаз. При синергическом эпистазе каждая дополнительная мутация оказывает все большее негативное влияние на приспособленность . При антагонистическом эпистазе эффект каждой мутации снижается с увеличением количества мутаций. Понимание того, являются ли большинство генетических взаимодействий синергическими или антагонистическими, поможет решить такие проблемы, как эволюция пола .

В литературе по фагам приводится множество примеров эпистаза, которые не изучаются в контексте экспериментальной эволюции и не обязательно описываются как примеры эпистаза.

Экспериментальная адаптация

Экспериментальная адаптация включает отбор организмов , либо в либо по определенным признакам определенных условиях. Например, штаммы можно было бы развивать в условиях высоких температур, чтобы наблюдать молекулярные изменения, которые способствуют выживанию и размножению в этих условиях.

Читатель должен знать, что в первые десятилетия изучения фагов были проведены многочисленные экспериментальные адаптации фагов.

Адаптация к обычным хостам.

Адаптация к новым или модифицированным хостам.

Более старая литература по фагам, например, до 1950-х годов, содержит многочисленные примеры адаптации фагов к различным хозяевам.

Адаптация к изменившимся условиям

Более старая литература по фагам, например, до 1950-х годов, также содержит примеры адаптации фагов к различным условиям культивирования , такие как адаптация фага Т2 к условиям с низким содержанием соли.

Адаптация к высоким температурам.

Адаптация как компенсация вредных мутаций .

В ранней фаговой литературе имеется множество примеров адаптации бактериофагов и компенсации вредных мутаций.

Адаптация к изменению вирулентности фагов

Вирулентность — это негативное влияние, которое патоген (или паразит ) оказывает на дарвиновскую приспособленность укрывающего организма (хозяина). Вирулентность фага приводит либо к снижению скорости деления бактерий, либо, что более типично, к гибели (путем лизиса ) отдельных бактерий. По этому вопросу существует ряд теоретических статей, особенно в том, что касается эволюции латентного периода фага .

Более старая фаговая литература содержит многочисленные ссылки на вирулентность фагов и эволюцию вирулентности фагов. Однако следует предупредить читателя, что вирулентность часто используется как синоним слова «не температура», использование которого здесь не используется и не поощряется в целом.

Влияние секса / коинфекции

более чем одним фагом Одна и та же бактериальная клетка может коинфецироваться . Когда это происходит, фаг может обмениваться генами, что эквивалентно «полу». Обратите внимание, что в ряде следующих исследований секс используется для преодоления «трещотки Мюллера» , в то время как статьи, демонстрирующие «храповик Мюллера» (т. е. без использования секса для преодоления результата), вместо этого представлены под этим заголовком.

трещотка Мюллера

Трещотка Мюллера — это постепенное, но необратимое накопление вредных мутаций в бесполых организмах . Бесполые организмы не подвергаются обмену генами и поэтому не могут воссоздавать геномы без мутаций. Chao, 1997, представляет обзор по этому вопросу, посвященный фагам.

Дилемма заключенного

Дилемма заключенного — это часть теории игр , в которой два человека решают сотрудничать или отступить , получая различное вознаграждение. При фаговой коинфекции это относится к вирусам, которые производят больше белковых продуктов, чем используют (кооператоры), и к вирусам, которые используют больше белковых продуктов, чем производят (перебежчики).

Коэволюция

Коэволюция – это изучение эволюционного влияния, которое два вида оказывают друг на друга. Коэволюцию фагов и бактерий обычно изучают в контексте экологии фагового сообщества .

Ссылки

В эту статью включены материалы из статьи Citizendium « Экспериментальная эволюция бактериофагов », которая распространяется по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License , но не по GFDL .

Брейтбарт, М. , Ф. Ровер и С.Т. Абедон. 2005. Экология фагов и бактериальный патогенез, с. 66-91. В М.К. Уолдоре, Д.И. Фридмане и С.Л. Адхье (ред.), Фаги: их роль в бактериальном патогенезе и биотехнологии. ASM Press, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN 1-55581-307-0

д'Эрелль Ф. и Г.Х. Смит. 1924. Иммунитет при естественных инфекционных заболеваниях. Williams & Wilkins Co., Балтимор.

Библиография

http://en.citizendium.org/wiki/Bacteriophage_experimental_evolution/Bibliography -