Направленная эволюция - Directed evolution

Не путать с Направленная эволюция (трансгуманизм).
Пример направленной эволюции в сравнении с естественная эволюция. Внутренний цикл обозначает 3 стадии направленного цикла эволюции, при этом в скобках имитируется естественный процесс. Внешний круг демонстрирует шаги типичного эксперимента. Красные символы обозначают функциональные варианты, бледные символы обозначают варианты с ограниченными функциями.

Направленная эволюция (DE) - метод, используемый в белковая инженерия что имитирует процесс естественный отбор направить белки или же нуклеиновые кислоты к определенной пользователем цели.[1] Он состоит из ген к итеративным раундам мутагенез (создание библиотеки вариантов), отбор (выражение этих вариантов и выделение членов с желаемой функцией) и амплификация (создание шаблона для следующего раунда). Это может быть выполнено in vivo (в живых организмах) или in vitro (в ячейках или бесплатно в растворе). Направленная эволюция используется как для белковая инженерия в качестве альтернативы рациональному проектированию модифицированных белков, а также исследования фундаментальных эволюционные принципы в контролируемой лабораторной среде.

История

Направленная эволюция берет свое начало в 1960-х годах.[2] с развитием Молекулы РНК в "Монстр Шпигельмана "эксперимент.[3] Эта концепция была распространена на эволюцию белка посредством эволюции бактерий под давлением отбора, который благоприятствовал развитию одного гена в его геноме.[4]

Рано фаговый дисплей Методы 1980-х годов позволили выявить мутации и отобрать один белок.[5] Это позволило выбрать улучшенный связывающие белки, но еще не был совместим с отбором по каталитической активности ферменты.[6] Методы развития ферментов были разработаны в 1990-х годах и довели эту технику до более широкой научной аудитории.[7] Эта область быстро расширилась за счет новых методов создания библиотек вариантов генов и скрининга их активности.[2][8] Разработка методов направленной эволюции отмечена в 2018 г. Нобелевская премия по химии к Фрэнсис Арнольд для эволюции ферментов, и Джордж Смит и Грегори Винтер для фагового дисплея.[9]

Принципы

Направленная эволюция аналогична восхождению на холм пофитнес-ландшафт 'где высота представляет желаемое свойство. Каждый раунд отбора отбирает мутанты со всех сторон исходного шаблона (1) и выбирает 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 цикла естественной эволюции в лабораторных условиях. Для эволюции необходимы три вещи: вариация между репликаторами, что вариация вызывает различия в фитнесе на котором действует отбор, и что эта вариация наследственный. В DE единственный ген развивается с помощью повторяющихся раундов мутагенеза, отбора или скрининга и амплификации.[10] Раунды этих шагов обычно повторяются, используя лучший вариант из одного раунда в качестве шаблона для следующего, чтобы достичь пошаговых улучшений.

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

Создание вариации

Запуск ген (слева) и библиотека вариантов (справа). Точечные мутации изменить одиночные нуклеотиды. Вставки и удаления добавить или удалить участки ДНК. Перемешивание рекомбинирует сегменты двух (или более) похожих генов.
Как Библиотеки ДНК создано случайный мутагенез пространство последовательности образцов. Показана аминокислота, замещенная в данном положении. Каждая точка или набор связанных точек является одним из членов библиотеки. ПЦР, подверженная ошибкам, случайным образом изменяет некоторые остатки на другие аминокислоты. Аланиновое сканирование заменяет каждый остаток белка на аланин, один за другим. Насыщение сайта заменяет каждую из 20 возможных аминокислот (или некоторые их подмножества) в одном положении, одну за другой.

Первым шагом в выполнении цикла направленной эволюции является создание библиотеки вариантных генов. В пространство последовательности для случайной последовательности обширна (10130 возможные последовательности для 100 аминокислота Protein) и крайне редко заселен функциональными белками. Ни экспериментальный,[12] ни естественный[13][неудачная проверка ] эволюция может когда-либо приблизиться к выборке такого 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 показывают, что вполне возможно, что для всех практических (то есть функциональных и структурных) целей пространство белковых последовательностей было полностью исследованы в ходе эволюции жизни на Земле.[13]

Стартовый ген можно мутагенезировать случайным образом. точечные мутации (химическими мутагенами или подверженными ошибкам ПЦР )[14][15] и вставки и удаления (транспозонами).[16] Генная рекомбинация может быть имитирован Перетасовка ДНК[17][18] нескольких последовательностей (обычно с идентичностью последовательностей более 70%) для перехода в области пространства последовательностей между перетасованными родительскими генами. Наконец, определенные области гена можно систематически рандомизировать.[19] для более целенаправленного подхода, основанного на знании структуры и функций. В зависимости от метода созданная библиотека будет отличаться доля функциональных вариантов это содержит. Даже если организм используется для экспрессии интересующего гена, путем мутагенизации только этого гена остальная часть генома организма остается неизменной и может быть проигнорирована в эволюционном эксперименте (в той степени, в которой обеспечивается постоянная генетическая среда).

Выявление различий в фитнесе

Большая часть чего-либо мутации вредны, поэтому библиотеки мутантов, как правило, имеют варианты с уменьшенным Мероприятия.[20] Следовательно, высокая пропускная способность проба жизненно важен для измерения активности, чтобы найти редкие варианты с полезными мутациями, улучшающими желаемые свойства. Существуют две основные категории методов выделения функциональных вариантов. Выбор системы напрямую связывают функцию белка с выживанием гена, тогда как скрининг системы индивидуально анализируют каждый вариант и позволяют установить количественный порог для сортировки варианта или популяции вариантов желаемой активности. Как отбор, так и скрининг можно проводить в живых клетках (in vivo эволюция) или выполняется непосредственно на белок или же РНК без ячеек (in vitro эволюция).[21][22]

В течение in vivo эволюция, каждая клетка (обычно бактерии или же дрожжи ) является преобразованный с плазмида содержащий другой член библиотеки вариантов. Таким образом, между клетками различается только интересующий ген, а все остальные гены остаются такими же. Клетки экспрессируют белок либо в своих цитоплазма или же поверхность где его функция может быть проверена. Преимущество этого формата заключается в выборе свойств в клеточной среде, что полезно, когда эволюционировавший белок или РНК должны использоваться в живых организмах. При выполнении без ячеек ДЭ предполагает использование in vitro транскрипционный перевод для производства белков или РНК, свободных в растворе или разделенных в искусственные микрокапли. Этот метод имеет преимущества в том, что он более универсален в условиях отбора (например, температура, растворитель) и может экспрессировать белки, которые были бы токсичными для клеток. Более того, in vitro эволюционные эксперименты могут создавать гораздо большие библиотеки (до 1015), потому что библиотечную ДНК не нужно вставлен в клетки (часто ограничивающий шаг).

Выбор

Выбор для связывающая активность концептуально прост. Целевая молекула иммобилизуется на твердой подложке, по ней протекает библиотека вариантов белков, слабые связывающие вещества смываются, а оставшиеся связанные варианты восстанавливаются для выделения их генов.[23] Связывание фермента с иммобилизованным ковалентным ингибитор также использовался в качестве попытки изолировать активные катализаторы. Этот подход, однако, выбирает только один каталитический оборот и не является хорошей моделью связывания субстрата или истинной реакционной способности субстрата. Если активность фермента может быть необходима для выживания клеток путем синтеза жизненно важного метаболита или разрушения токсина, тогда выживание клеток зависит от активности фермента.[24][25] Такие системы обычно ограничены в пропускной способности только трансформация эффективность ячеек. Они также менее дороги и трудозатратны, чем скрининг, однако, как правило, их сложно спроектировать, они подвержены артефактам и не дают никакой информации о спектр деятельности присутствует в библиотеке.

Скрининг

Альтернативой отбору является система досмотра. Каждый вариантный ген индивидуален выразил и испытанный для количественного измерения активности (чаще всего колоритный или же флуорогенный товар). 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 отбора, но дают преимущество получения подробной информации по каждому из проверенных вариантов. Эти дезагрегированные данные могут также использоваться для характеристики распределения деятельности в библиотеках, что невозможно в простых системах отбора. Следовательно, системы скрининга имеют преимущества, когда дело доходит до экспериментальной характеристики адаптивной эволюции и ландшафтов приспособленности.

Обеспечение наследственности

An экспрессированный белок может быть ковалентно связанный к его ген (как в мРНК, слева) или разделены с ним (клетки или же искусственные отсеки, верно). Любой способ гарантирует, что ген может быть выделен на основе активности кодируемого белка.

Когда функциональные белки выделены, необходимо, чтобы их гены тоже были выделены, поэтому генотип-фенотип ссылка обязательна.[24] Это может быть ковалентное, например отображение мРНК где мРНК ген 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 капельки эмульсии.[27] Затем выделенные генные последовательности амплифицируют с помощью ПЦР или трансформированными бактериями-хозяевами. В качестве матрицы для следующего раунда мутагенеза можно использовать либо единственную лучшую последовательность, либо пул последовательностей. Повторяющиеся циклы диверсификации-отбора-амплификации генерируют варианты белка, адаптированные к применяемым давлениям отбора.

Сравнение с рациональным белковым дизайном

Преимущества направленной эволюции

Рациональный дизайн белка полагается на глубокое знание структура белка, а также его каталитический механизм.[28][29] Конкретные изменения затем вносятся сайт-направленный мутагенез в попытке изменить функцию белка. Недостатком этого является то, что даже когда структура и механизм действия белка хорошо известны, изменение из-за мутации все еще трудно предсказать. Следовательно, преимущество DE состоит в том, что нет необходимости понимать механизм желаемой активности или то, как мутации могут повлиять на нее.[30]

Ограничения направленной эволюции

Ограничение направленной эволюции состоит в том, что требуется высокопроизводительный анализ для измерения эффектов большого количества различных случайных мутаций. 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 с DE.[31]

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

Скорость эволюции в эксперименте также накладывает ограничение на полезность направленной эволюции. Например, эволюция определенного фенотипа, хотя теоретически возможна, может происходить в масштабах времени, которые практически невозможны.[33] Недавние теоретические подходы были направлены на преодоление ограничения скорости за счет применения антидиабатическое вождение методы статистической физики, хотя это еще не реализовано в эксперименте направленной эволюции.[34]

Комбинаторные подходы

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

Создание специализированной библиотеки требует некоторых знаний о том, какие остатки в структуре следует мутировать. Например, знание активный сайт фермента может позволить только остаткам, о которых известно, взаимодействовать с субстрат быть рандомизированным.[36][37] В качестве альтернативы, знание того, какие участки белка Переменная в природе может направлять мутагенез только в этих регионах.[38][39]

Приложения

Направленная эволюция часто используется для белковая инженерия как альтернатива рациональному дизайну,[40] но также может использоваться для исследования фундаментальных вопросов эволюции ферментов.[41]

Белковая инженерия

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

  1. Улучшение стабильность белка для биотехнологического использования при высоких температурах или в агрессивных растворителях[42][43][44]
  2. Улучшение связывающая аффинность из терапевтические антитела (Созревание аффинности )[45] и деятельность de novo разработанные ферменты[30]
  3. Изменение субстратная специфичность существующих ферментов,[46][47][48][49] (часто для использования в промышленности)[40]

Исследования эволюции

Изучение естественного эволюция традиционно основан на существующих организмах и их генах. Однако исследования фундаментально ограничены отсутствием окаменелости (и особенно отсутствие древняя ДНК последовательности)[50][51] и неполное знание древних условий окружающей среды. Направленная эволюция исследует эволюцию в контролируемой системе генов отдельных ферменты,[52][53][35] рибозимы[54] и репликаторы[55][3] (похожий на экспериментальная эволюция из эукариоты,[56][57] прокариоты[58] и вирусы[59]).

DE позволяет контролировать давление отбора, скорость мутации и среда (как абиотическая среда например, температура и биотическая среда, например, другие гены в организме). Кроме того, имеется полная запись всех эволюционных промежуточных генов. Это позволяет проводить подробные измерения эволюционных процессов, например эпистаз, эволюционируемость, адаптивное ограничение[60][61] фитнес-пейзажи,[62] и нейтральные сети.[63]

Адаптивная лабораторная эволюция микробных протеомов

Естественный аминокислота Состав протеомы могут быть изменены путем глобальных замен канонических аминокислот подходящими неканоническими аналогами в соответствии с экспериментально введенными селективное давление. Например, глобальные замены природных аминокислот фторированными аналогами в масштабе всего протеома были предприняты в кишечная палочка[64] и Bacillus subtilis.[65] Полный триптофан замещение тиенопирролаланином в ответ на 20899 UGG кодоны в кишечная палочка в 2015 году сообщил Будиса и Söll.[66] В экспериментальная эволюция микробных штаммов с четкой аккомодацией дополнительной аминокислоты, как ожидается, будет способствовать расширению генетический код экспериментально.[67] Направленная эволюция обычно нацелена на конкретный ген мутагенез а затем просматривает полученные варианты на предмет фенотип представляющих интерес, часто независимо от фитнес эффекты, тогда как адаптивная лабораторная эволюция выбирает многие геном - широкие мутации, которые способствуют приспособленности активно растущих культур.[68]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Лутц С (декабрь 2010 г.). «За пределами направленной эволюции - полурациональная инженерия и дизайн белков». Текущее мнение в области биотехнологии. 21 (6): 734–43. Дои:10.1016 / j.copbio.2010.08.011. ЧВК  2982887. PMID  20869867.
  2. ^ 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. ЧВК  4344831. PMID  25733775.
  3. ^ 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. Bibcode:1967ПНАС ... 58..217М. Дои:10.1073 / pnas.58.1.217. ЧВК  335620. PMID  5231602.
  4. ^ Холл BG (июль 1978 г.). «Экспериментальная эволюция новой ферментативной функции. II. Эволюция множества функций фермента ebg в E. coli». Генетика. 89 (3): 453–65. ЧВК  1213848. PMID  97169.
  5. ^ Смит Г.П. (июнь 1985 г.). «Нитчатый слитый фаг: новые векторы экспрессии, которые отображают клонированные антигены на поверхности вириона». Наука. 228 (4705): 1315–7. Bibcode:1985Научный ... 228.1315S. Дои:10.1126 / science.4001944. PMID  4001944.
  6. ^ Чен К., Арнольд Ф.Х. (1991). «Ферментная инженерия для неводных растворителей: случайный мутагенез для повышения активности субтилизина E в полярных органических средах». Био / Технологии. 9 (11): 1073–1077. Дои:10.1038 / nbt1191-1073. ISSN  0733-222X. PMID  1367624. S2CID  12380597.
  7. ^ Ким, Ын-Сун (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. PMID  26055155. S2CID  205486139.
  9. ^ «Нобелевская премия по химии 2018». NobelPrize.org. Получено 2018-10-03.
  10. ^ Войт CA, Кауфман S, Ван З.Г. (2000). «Рациональный эволюционный дизайн: теория эволюции белков in vitro». Эволюционный дизайн белков. Достижения в химии белков. 55. С. 79–160. Дои:10.1016 / s0065-3233 (01) 55003-2. ISBN  9780120342556. PMID  11050933.
  11. ^ Dalby PA (август 2011 г.). «Стратегия и успех направленной эволюции ферментов». Текущее мнение в структурной биологии. 21 (4): 473–80. Дои:10.1016 / j.sbi.2011.05.003. PMID  21684150.
  12. ^ а б Липовсек Д., Плюктхун А. (июль 2004 г.). «Эволюция белка in vitro путем отображения рибосом и отображения мРНК». Журнал иммунологических методов. 290 (1–2): 51–67. Дои:10.1016 / j.jim.2004.04.008. PMID  15261571.
  13. ^ 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. ЧВК  2459213. PMID  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. PMID  9418307.
  15. ^ Сен С., Венката Дасу В., Мандал Б. (декабрь 2007 г.). «Разработки направленной эволюции для улучшения функций ферментов». Прикладная биохимия и биотехнология. 143 (3): 212–23. Дои:10.1007 / s12010-007-8003-4. PMID  18057449. S2CID  32550018.
  16. ^ Джонс Д.Д. (май 2005 г.). «Удаление триплетных нуклеотидов в случайных положениях в гене-мишени: толерантность бета-лактамазы ТЕМ-1 к делеции аминокислоты». Исследования нуклеиновых кислот. 33 (9): e80. Дои:10.1093 / nar / gni077. ЧВК  1129029. PMID  15897323.
  17. ^ Стеммер В.П. (август 1994 г.). «Быстрая эволюция белка in vitro путем перетасовки ДНК». Природа. 370 (6488): 389–91. Bibcode:1994Натура.370..389С. Дои:10.1038 / 370389a0. PMID  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. Bibcode:1998Натура.391..288C. Дои:10.1038/34663. PMID  9440693. S2CID  4352696.
  19. ^ Reetz MT, Carballeira JD (2007). «Итерационный мутагенез насыщения (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 DL (октябрь 2014 г.). «Чему мы можем научиться из фитнес-ландшафтов?». Текущее мнение в микробиологии. 21: 51–7. Дои:10.1016 / j.mib.2014.08.001. ЧВК  4254422. PMID  25444121.
  21. ^ Бадран А.Х., Лю Д.Р. (февраль 2015 г.). «Непрерывная направленная эволюция in vivo». Современное мнение в области химической биологии. 24: 1–10. Дои:10.1016 / j.cbpa.2014.09.040. ЧВК  4308500. PMID  25461718.
  22. ^ Кумар А., Сингх С. (декабрь 2013 г.). «Направленная эволюция: адаптация биокатализаторов для промышленного применения». Критические обзоры в биотехнологии. 33 (4): 365–78. Дои:10.3109/07388551.2012.716810. PMID  22985113. S2CID  42821437.
  23. ^ Willats WG (декабрь 2002 г.). «Фаговый дисплей: практичность и перспективы». Молекулярная биология растений. 50 (6): 837–54. Дои:10.1023 / А: 1021215516430. PMID  12516857. S2CID  4960676.
  24. ^ а б Leemhuis H, Stein V, Griffiths AD, Hollfelder F (август 2005 г.). «Новые связи генотип-фенотип для направленной эволюции функциональных белков». Текущее мнение в структурной биологии. 15 (4): 472–8. Дои:10.1016 / j.sbi.2005.07.006. PMID  16043338.
  25. ^ Верховен К.Д., Altstadt OC, 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. PMID  22270548. S2CID  36583382.
  26. ^ Нгуен А.В., Догерти П.С. (март 2005 г.). «Эволюционная оптимизация флуоресцентных белков для внутриклеточного FRET». Природа Биотехнологии. 23 (3): 355–60. Дои:10.1038 / nbt1066. PMID  15696158. S2CID  24202205.
  27. ^ Шерли Y, Холлфельдер Ф (декабрь 2009 г.). «Потенциал микрофлюидных капель воды в масле в экспериментальной биологии». Молекулярные биосистемы. 5 (12): 1392–404. Дои:10.1039 / b907578j. PMID  20023716.
  28. ^ Маршалл С.А., Лазар Г.А., Чирино А.Дж., Десьярле-младший (март 2003 г.). «Рациональный дизайн и разработка терапевтических белков». Открытие наркотиков сегодня. 8 (5): 212–21. Дои:10.1016 / с 1359-6446 (03) 02610-2. PMID  12634013.
  29. ^ Уилсон CJ (27 октября 2014 г.). «Рациональный дизайн белка: разработка биологической терапии и нанобиотехнологических инструментов нового поколения». Междисциплинарные обзоры Wiley: наномедицина и нанобиотехнологии. 7 (3): 330–41. Дои:10.1002 / wnan.1310. PMID  25348497.
  30. ^ а б Гигер Л., Канер С., Обексер Р., Каст П., Бейкер Д., Бан Н., Хилверт Д. (август 2013 г.). «Эволюция сконструированной ретроальдолазы приводит к полному ремоделированию активного сайта». Природа Химическая Биология. 9 (8): 494–8. Дои:10.1038 / nchembio.1276. ЧВК  3720730. PMID  23748672.
  31. ^ Bornscheuer UT, Pohl M (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 / с 1367-5931 (00) 00182-4. PMID  11282339.
  32. ^ Арнольд, Фрэнсис; Георгиу, Джордж (2003). Направленная эволюция ферментов: методы скрининга и отбора. Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN  9781588292865. OCLC  52400248.
  33. ^ Казначеев, Артем (01.05.2019). "Вычислительная сложность как главное ограничение эволюции". Генетика. 212 (1): 245–265. Дои:10.1534 / генетика.119.302000. ISSN  0016-6731. PMID  30833289.
  34. ^ Ирам, Шамрин; Долсон, Эмили; Хиэль, Джошуа; Пелеско, Юлия; Кришнан, Нихил; Гюнгёр, Озенч; Кузнец-Спек, Вениамин; Деффнер, Себастьян; Ilker, Efe; Скотт, Джейкоб Дж .; Хинчевски, Майкл (24.08.2020). «Управление скоростью и траекторией эволюции с помощью контрдиабатического вождения». Природа Физика: 1–8. Дои:10.1038 / s41567-020-0989-3. ISSN  1745-2481.
  35. ^ а б Goldsmith M, Tawfik DS (август 2012 г.). «Направленная эволюция ферментов: за пределами низко висящих плодов». Текущее мнение в структурной биологии. 22 (4): 406–12. Дои:10.1016 / j.sbi.2012.03.010. PMID  22579412.
  36. ^ Чен М.М., Snow CD, Vizcarra CL, Mayo SL, Arnold FH (апрель 2012 г.). «Сравнение статистического мутагенеза и полурациональных библиотек для улучшенного гидроксилирования малых алканов, катализируемого цитохромом P450 BM3». Белковая инженерия, дизайн и выбор. 25 (4): 171–8. Дои:10.1093 / белок / gzs004. PMID  22334757.
  37. ^ Асеведо-Роша CG, Hoebenreich S, Reetz MT (2014). «Итерационный мутагенез с насыщением: мощный подход к созданию белков путем систематического моделирования дарвиновской эволюции». Создание библиотеки направленной эволюции. Методы молекулярной биологии. 1179. С. 103–28. Дои:10.1007/978-1-4939-1053-3_7. ISBN  978-1-4939-1052-6. PMID  25055773.
  38. ^ Йохенс Х., Bornscheuer UT (сентябрь 2010 г.). «Природное разнообразие для направления целенаправленной направленной эволюции». ChemBioChem. 11 (13): 1861–6. Дои:10.1002 / cbic.201000284. PMID  20680978. S2CID  28333030.
  39. ^ Jochens H, Aerts D, Bornscheuer UT (декабрь 2010 г.). «Термостабилизация эстеразы за счет направленной направленной эволюции, управляемой выравниванием». Белковая инженерия, дизайн и выбор. 23 (12): 903–9. Дои:10.1093 / белок / gzq071. PMID  20947674.
  40. ^ а б Тернер Нью-Джерси (август 2009 г.). «Направленная эволюция движет новым поколением биокатализаторов». Природа Химическая Биология. 5 (8): 567–73. Дои:10.1038 / nchembio.203. PMID  19620998.
  41. ^ Ромеро PA, Арнольд Ф.Х. (декабрь 2009 г.). «Изучение ландшафтов пригодности белков путем направленной эволюции». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 10 (12): 866–76. Дои:10.1038 / nrm2805. ЧВК  2997618. PMID  19935669.
  42. ^ Гатти-Лафранкони П., Наталелло А., Рем С., Доглиа С. М., Плейс Дж., Лотти М. (январь 2010 г.). «Эволюция стабильности в холодноактивном ферменте 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. PMID  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 / белок / 12.1.47. PMID  10065710.
  44. ^ Favor AH, Llanos CD, Youngblut MD, Bardales JA (2020). «Оптимизация инженерии бактериофагов с помощью платформы ускоренной эволюции». Научные отчеты. 10 (1): 13981. Дои:10.1038 / s41598-020-70841-1. ЧВК  7438504. PMID  32814789.
  45. ^ Хокинс Р. Э., Рассел С. Дж., Винтер 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. PMID  1507232.
  46. ^ Shaikh FA, Withers SG (апрель 2008 г.). «Обучение старых ферментов новым приемам: разработка и эволюция гликозидаз и гликозилтрансфераз для улучшения синтеза гликозидов». Биохимия и клеточная биология. 86 (2): 169–77. Дои:10.1139 / o07-149. PMID  18443630.
  47. ^ Чериян М., Уолтерс М.Дж., Канг Б.Д., Анзалди Л.Л., Тун Э.Д., Фиерке, Калифорния (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. ЧВК  3209416. PMID  21944547.
  48. ^ Макбит Дж, Каст П., Хилверт Д. (март 1998 г.). «Перепроектирование топологии ферментов путем направленной эволюции». Наука. 279 (5358): 1958–61. Bibcode:1998Научный ... 279.1958М. Дои:10.1126 / science.279.5358.1958. PMID  9506949.
  49. ^ Тоскано, М.Д., Войчеховски К.Дж., Хилверт Д. (2007). «Минималистичный редизайн активного сайта: обучение новым трюкам старых ферментов». Angewandte Chemie. 46 (18): 3212–36. Дои:10.1002 / anie.200604205. PMID  17450624.
  50. ^ Pääbo S, Poinar H, Serre D, Jaenicke-Despres V, Hebler J, Rohland N, Kuch M, Krause J, Vigilant L, Hofreiter M (2004). «Генетический анализ древней ДНК». Ежегодный обзор генетики. 38 (1): 645–79. Дои:10.1146 / annurev.genet.37.110801.143214. PMID  15568989.
  51. ^ Höss M, Jaruga P, Zastawny TH, Dizdaroglu M, Pääbo S (апрель 1996 г.). «Повреждение ДНК и извлечение последовательности ДНК из древних тканей». Исследования нуклеиновых кислот. 24 (7): 1304–7. Дои:10.1093 / nar / 24.7.1304. ЧВК  145783. PMID  8614634.
  52. ^ Блум Дж. Д., Арнольд Ф. Х. (июнь 2009 г.). «В свете направленной эволюции: пути эволюции адаптивного белка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 106 Приложение 1 (Приложение_1): 9995–10000. Дои:10.1073 / pnas.0901522106. ЧВК  2702793. PMID  19528653.
  53. ^ Моисей AM, Дэвидсон AR (май 2011 г.). «Эволюция in vitro идет глубоко». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (20): 8071–2. Bibcode:2011ПНАС..108.8071М. Дои:10.1073 / pnas.1104843108. ЧВК  3100951. PMID  21551096.
  54. ^ Салехи-Аштиани К., Шостак Дж. В. (ноябрь 2001 г.). «Эволюция in vitro предполагает множественное происхождение рибозима в форме головки молотка». Природа. 414 (6859): 82–4. Bibcode:2001Натура 414 ... 82S. Дои:10.1038/35102081. PMID  11689947. S2CID  4401483.
  55. ^ Сампер М., Люс Р. (январь 1975 г.). «Доказательства производства de novo самовоспроизводящихся и экологически адаптированных структур РНК бактериофагом Qbeta репликазой». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 72 (1): 162–6. Bibcode:1975ПНАС ... 72..162С. Дои:10.1073 / пнас.72.1.162. ЧВК  432262. PMID  1054493.
  56. ^ Марден Дж. Х., Вольф М. Р., Вебер К. Э. (ноябрь 1997 г.). «Воздушные характеристики Drosophila melanogaster из популяций, отобранных для возможности полета против ветра». Журнал экспериментальной биологии. 200 (Пт 21): 2747–55. PMID  9418031.
  57. ^ Рэтклифф В.К., Денисон РФ, Боррелло М., Травизано М. (январь 2012 г.). «Экспериментальная эволюция многоклеточности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 109 (5): 1595–600. Bibcode:2012PNAS..109.1595R. Дои:10.1073 / pnas.1115323109. ЧВК  3277146. PMID  22307617.
  58. ^ Barrick JE, Yu DS, Yoon SH, Jeong H, Oh TK, Schneider D, Lenski RE, Kim JF (октябрь 2009 г.). «Эволюция генома и адаптация в длительном эксперименте с Escherichia coli». Природа. 461 (7268): 1243–7. Bibcode:2009Натура 461.1243Б. Дои:10.1038 / природа08480. PMID  19838166. S2CID  4330305.
  59. ^ Heineman RH, Molineux IJ, Bull JJ (август 2005 г.). «Эволюционная устойчивость оптимального фенотипа: повторная эволюция лизиса в бактериофаге, удаленном по его гену лизина». Журнал молекулярной эволюции. 61 (2): 181–91. Bibcode:2005JMolE..61..181H. Дои:10.1007 / s00239-004-0304-4. PMID  16096681. S2CID  31230414.
  60. ^ Штейнберг Б., Остермайер М. (январь 2016 г.). «Изменения окружающей среды соединяют эволюционные долины». Достижения науки. 2 (1): e1500921. Bibcode:2016SciA .... 2E0921S. Дои:10.1126 / sciadv.1500921. ЧВК  4737206. PMID  26844293.
  61. ^ Арнольд Ф. Х., Винтроде П. Л., Миядзаки К., Гершенсон А. (февраль 2001 г.). «Как ферменты адаптируются: уроки направленной эволюции». Тенденции в биохимических науках. 26 (2): 100–6. Дои:10.1016 / s0968-0004 (00) 01755-2. PMID  11166567.
  62. ^ Айта Т., Хамамацу Н., Номия Й., Учияма Х., Шибанака Й., Хусими Й. (июль 2002 г.). «Изучение местного ландшафта пригодности белка с эпистатическими сайтами для изучения направленной эволюции». Биополимеры. 64 (2): 95–105. Дои:10.1002 / bip.10126. PMID  11979520.
  63. ^ Блум Дж. Д., Раваль А., Уилке Колорадо (январь 2007 г.). «Термодинамика эволюции нейтрального белка». Генетика. 175 (1): 255–66. Дои:10.1534 / генетика.106.061754. ЧВК  1775007. PMID  17110496.
  64. ^ Bacher, J.M .; Эллингтон, А. Д. (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. ЧВК  95426. PMID  11514527.
  65. ^ Вонг, Дж. Т. (1983). «Мутация членства в генетическом коде: потеря пригодности триптофаном». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 80 (20): 6303–6306. Bibcode:1983PNAS ... 80,6303 Вт. Дои:10.1073 / pnas.80.20.6303. ЧВК  394285. PMID  6413975.
  66. ^ Hoesl, M. G .; Oehm, S .; Durkin, P .; Darmon, E .; Peil, L .; Aerni, H.-R .; Rappsilber, J .; Rinehart, J .; Leach, D .; Söll, D .; Будиса, Н. (2015). «Химическая эволюция бактериального протеома». Angewandte Chemie International Edition. 54 (34): 10030–10034. Дои:10.1002 / anie.201502868. ЧВК  4782924. PMID  26136259.NIHMSID: NIHMS711205
  67. ^ Agostini, F .; Völler, J-S .; Кокш, Б .; Acevedo-Rocha, C.G .; Кубышкин, В .; Будиса, Н. (2017). «Биокатализ с неприродными аминокислотами: энзимология встречает ксенобиологию». Angewandte Chemie International Edition. 56 (33): 9680–9703. Дои:10.1002 / anie.201610129. PMID  28085996.
  68. ^ Sandberg, T. E .; Салазар, М. Дж .; Weng, L. L .; Palsson, B.O .; Кубышкин, В .; Файст, А. М. (2019). «Появление адаптивной лабораторной эволюции как эффективного инструмента для биологических открытий и промышленной биотехнологии». Metab Eng. 56: 1–16. Дои:10.1016 / j.ymben.2019.08.004. ЧВК  6944292. PMID  31401242.

внешняя ссылка