İçeriğe atla

Yönlendirilmiş evrim

Doğal evrime kıyasla yönlendirilmiş evrime bir örnek. İç döngü, doğal sürecin parantez içinde taklit edildiği yönlendirilmiş evrim döngüsünün 3 aşamasını gösterir. Dış daire, tipik bir deneyin adımlarını gösterir. Kırmızı semboller işlevsel değişkenleri, soluk simgeler azaltılmış işlevli değişkenleri gösterir.

Yönlendirilmiş evrim (directed evolution-DE), protein mühendisliğinde kullanılan ve proteinleri veya nükleik asitleri kullanıcı tanımlı bir hedefe yönlendirmek için doğal seçilim sürecini taklit eden bir yöntemdir.[1] Bir genin yinelemeli mutagenez turlarına tabi tutulması (bir varyantlar kütüphanesi oluşturma), seçim (bu varyantları ifade etme ve istenen işleve sahip üyeleri izole etme) ve amplifikasyon (sonraki tur için bir şablon oluşturma) adımlarını içerir. In vivo (canlı organizmalarda) veya in vitro (hücrelerde veya serbest çözelti içinde) gerçekleştirilebilir. Yönlendirilmiş evrim, hem modifiye edilmiş proteinleri rasyonel olarak tasarlamaya bir alternatif olarak protein mühendisliği için hem de kontrollü bir laboratuvar ortamında temel evrim ilkeleri üzerine çalışmalar için kullanılır.

Tarih

Yönlendirilmiş evrimin kökeni 1960'larda[2] "Spiegelman'ın Canavarı" deneyindeki RNA moleküllerinin evrimine dayanır.[3] Kavram, genomunda tek bir genin evrimini destekleyen seçilim baskıları altında bakterilerin evrimi yoluyla protein evrimine genişletildi.[4]

1980'lerde erken faj görüntüleme teknikleri, mutasyonların hedeflenmesine ve tek bir proteine seçilim yapılmasına izin verdi.[5] Bu, güçlendirilmiş bağlanma proteinlerinin seçilimini mümkün kıldı, ancak henüz enzimlerin[6] Enzimleri evrimleştirme yöntemleri 1990'larda geliştirildi ve tekniği daha geniş bir bilimsel kitleye taşıdı.[7] Alan, gen varyantları kitaplıkları yapmak ve bunların aktivitelerini taramak için yeni yöntemlerle hızla genişledi.[2][8] Yönlendirilmiş evrim yöntemlerinin geliştirilmesi, 2018'de Nobel Kimya Ödülü'nün enzimlerin evrimi için Frances Arnold'a ve faj gösterimi için George Smith ve Gregory Winter'a verilmesiyle onurlandırıldı.[9]

Kaynakça

  1. ^ "Beyond directed evolution--semi-rational protein engineering and design". Current Opinion in Biotechnology. 21 (6): 734-43. Aralık 2010. doi:10.1016/j.copbio.2010.08.011. PMC 2982887 $2. PMID 20869867. 
  2. ^ a b "Directed Evolution: Past, Present and Future". AIChE Journal. 59 (5): 1432-1440. Mayıs 2013. doi:10.1002/aic.13995. PMC 4344831 $2. PMID 25733775. 
  3. ^ "An extracellular Darwinian experiment with a self-duplicating nucleic acid molecule". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 58 (1): 217-24. Temmuz 1967. doi:10.1073/pnas.58.1.217. PMC 335620 $2. PMID 5231602. 
  4. ^ "Experimental evolution of a new enzymatic function. II. Evolution of multiple functions for ebg enzyme in E. coli". Genetics. 89 (3): 453-65. Temmuz 1978. PMC 1213848 $2. PMID 97169. 
  5. ^ "Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface". Science. 228 (4705): 1315-7. Haziran 1985. doi:10.1126/science.4001944. PMID 4001944. 
  6. ^ Chen (1991). "Enzyme Engineering for Nonaqueous Solvents: Random Mutagenesis to Enhance Activity of Subtilisin E in Polar Organic Media". Bio/Technology (İngilizce). 9 (11): 1073-1077. doi:10.1038/nbt1191-1073. ISSN 0733-222X. PMID 1367624. 
  7. ^ Kim (27 Kasım 2008). "Directed Evolution: A Historical Exploration into an Evolutionary Experimental System of Nanobiotechnology, 1965–2006". Minerva (İngilizce). 46 (4): 463-484. doi:10.1007/s11024-008-9108-9. ISSN 0026-4695. 
  8. ^ "Methods for the directed evolution of proteins". Nature Reviews Genetics (İngilizce). 16 (7): 379-94. Temmuz 2015. doi:10.1038/nrg3927. PMID 26055155. 
  9. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 2018". NobelPrize.org (İngilizce). 3 Ekim 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Ekim 2018. 

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

Evrim, popülasyondaki gen ve özellik dağılımının nesiller içerisinde seçilim baskısıyla değişmesidir. Bazen dünyanın evrimi, evrenin evrimi ya da kimyasal evrim gibi kavramlardan ayırmak amacıyla organik evrim ya da biyolojik evrim olarak da adlandırılır. Evrim, modern biyolojinin temel taşıdır. Bu teoriye göre hayvanlar, bitkiler ve Dünya'daki diğer tüm canlıların kökeni kendilerinden önce yaşamış türlere dayanır ve ayırt edilebilir farklılıklar, başarılı nesillerde meydana gelmiş genetik değişikliklerin bir sonucudur.

<span class="mw-page-title-main">Enzim</span> biyomoleküller

Enzimler, kataliz yapan biyomoleküllerdir. Neredeyse tüm enzimler protein yapılıdır. Enzim tepkimelerinde, bu sürece giren moleküllere substrat denir ve enzim bunları farklı moleküllere, ürünlere dönüştürür. Bir canlı hücredeki tepkimelerin neredeyse tamamı yeterince hızlı olabilmek için enzimlere gerek duyar. Enzimler substratları için son derece seçici oldukları için ve pek çok olası tepkimeden sadece birkaçını hızlandırdıklarından dolayı, bir hücredeki enzimlerin kümesi o hücrede hangi metabolik yolakların bulunduğunu belirler.

Ortak ata, evrimsel süreçte, birden fazla canlı türünün ortak genetik öncülü olan canlı. Modern biyolojide, Dünya üzerinde yaşayan ya da soyu tükenmiş birçok canlının, diğer alt canlı türlerinin ortak atası olduğu kabul edilir. Ayrıca tüm canlıların "evrensel bir ortak ata"dan ya da "ortak gen havuzu"ndan geldiği kabul edilir. Evrensel ortak ata kavramı, ilk kez 1859'da Charles Darwin'in Türlerin Kökeni kitabında ortaya atılmıştır.

Yaşamın evrimsel tarihi kronolojisi, gezegenimiz Dünya'daki yaşamın gelişmesini ve önemli başlıca olayları özetlemektedir. Daha ayrıntılı bir açıklama için Yerküre tarihi ve Jeolojik devir maddelerine bakınız. Bu makalede verilen tarihler bilimsel kanıta dayalı tahminlerdir.

Makro evrim, ayrılmış gen havuzunun bölümlerindeki evrimdir. Makro evrim çalışmaları; mikro evrimin girdisiyle sadece tek bir tür içinde olmayan canlılar sınıflandırılmasında tür seviyesinin üzerindeki grup ve kategorilerde görülen tüm evrimsel değişimlerdir.

Moleküler saat, moleküler saat hipotezi (MSH) temelinde, jeolojik geçmişte iki türün veya diğer taksonların birbirinden ne zaman ayrıldıklarını tespit etmek için fosil sabitleri ve moleküler değişim oranlarının moleküler evrimde kullanıldığı bir tekniktir. Moleküler saat, türleşme ya da radyasyon olarak adlandırılan olayların ortaya çıkma zamanlarını tahmin etmek için kullanılır. Bu tür hesaplamalar için kullanılan moleküler veriler, DNA'larda genellikle nükleotid dizileri veya proteinlerdeki amino asit dizileridir. Moleküler saate, bazen gen saati, genetik saat ya da evrimsel saat dendiği de olur.

Evrimsel gelişim biyolojisi, canlı türlerin ataları aralarındaki ilişkiyi belirlemek ve gelişimsel süreçlerin nasıl evrildiğini keşfetmek için farklı organizmaların gelişim süreçlerini karşılaştıran biyolojinin bir alt dalıdır. Bu anlamda evrimsel gelişim biyolojisi embriyonik gelişimin kökeni ve evrimini araştırarak tüylerin evrimi gibi gelişmeleri ve gelişim süreçlerini, yeni özelliklerin kazanılmasında ve ortaya çıkmasında nasıl etki ettikleri, gelişimsel plastisitenin evrimdeki rolü, ekolojik etkenlerin gelişime ve evrimsel değişime nasıl yol açtıkları, yakınsak evrimin ve homolojinin gelişimsel temelleri gibi konuları ele alır.

<span class="mw-page-title-main">Phillip Allen Sharp</span> Amerikalı biyolog

Phillip Allen Sharp, Amerikan genetikçi ve moleküler biyolog. RNA bağlanmasının kaşiflerinden biridir. Richard J. Roberts ile birlikte ökaryot hücrelerinin DNA dizelerindeki genlerin bitişik sırada olmadığını, aralarda intron denilen okunmayan ve protein sentezine katılmayan bölümlerin olduğunu keşfettiler. Bu sayede mRNA'lar aynı DNA dizesinden bu bölümleri farklı şekilde silmeleri ile farklı proteinleri kodlayabilmektedir. İkili bu keşifleri ile 1993 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü kazanmışlardır.

Edwin Gerhard Krebs, Amerikalı biyokimyacı. 1992 yılında Edmond H. Fischer ile birlikte, proteinleri ve çeşitli hücresel süreçleri aktive etmek için tersinir fosforilasyon mekanizmasını keşiflerinden dolayı Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü almaya hak kazanmıştır. Edwin Krebs, aynı zamanda Krebs döngüsü olarak da bilinen sitrik asit döngüsünü keşfeden Nobel ödüllü biyokimyacı Hans Adolf Krebs (1900-1981) ile karıştırılmamalıdır.

Olfaktör reseptörler olfaktor reseptör nöronlarının hücre zarında bulunan ve koku moleküllerinin tespitinden sorumlu reseptörlerdir. Aktive olmuş koku reseptörleri sinir uyarılarının beyne iletilmesindeki sinyal iletimi kaskadını başlatılar. Bu reseptörler G protein-kenetli reseptörler (GPCRs) ailesinin bir üyesi olan rodopsin-benzeri reseptörler grubunda yer alırlar. Koku reseptörleri insanlarda 900'den fazla gen içeren bir multigen ailesi tarafından kodlanırlar.

<span class="mw-page-title-main">Frederick Sanger</span>

Frederick Sanger, İngiliz biyokimyager. 1958 ve 1980 yıllarında 2 kez Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır. 1958 yılında "proteinlerin, özellikle de insülinin yapısı üzerine çalışmaları için" Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır ve bu ödülü aynı kategoride 2 kez kazanan tek kişidir. 1980 yılında da "nükleik asitlerdeki baz dizilerinin belirlenmesiyle ilgili katkıları nedeniyle" Walter Gilbert ile birlikte bu ödülü kazanmıştır. Aynı yıl ayrıca Paul Berg, "nükleik asitlerin, özellikle de rekombinant DNA'nın biyokimyası üzerine temel çalışmaları için" ödülü kazanan diğer isim olmuştur.

<span class="mw-page-title-main">Michael Levitt</span>

Michael Levitt, İsrail asıllı Amerikan biyofizikçidir. 2013 yılında Nobel Ödülü kazanmıştır.

Moleküler evrim, nesiller boyu aktarılacak şekilde, DNA, RNA ve protein gibi hücresel moleküllerin diziliminin değiştirilmesi işlemidir ya da bununla ilgilenen bilim dalıdır. Moleküler evrimin alanı, bu değişimlerdeki kalıpları açıklamak için evrimsel biyoloji ve popülasyon genetiği ilkelerini kullanır. Moleküler evrim başlıca, nükleotid değişimlerinin oranları ve etkilerini, nötr evrimi, doğal seçilimi, yeni genlerin kökenlerini, karmaşık özelliklerin genetik yapısını, türleşmenin genetik temelini, gelişim evrimini ve evrimin genomik ve fenotipik değişikliklere neden olan etkilerini inceler.

<span class="mw-page-title-main">Gen aktarım maddesi</span> Bakteriler ve arkeler tarafından üretilen, DNA içeren virüs benzeri parçacıklar

Gen aktarım maddesi, bazı bakteri ve arkeler tarafından üretilen ve yatay gen transferine aracılık eden, DNA içeren virüs benzeri parçacıklardır. Farklı GAM tipleri, çeşitli bakteriyel ve arkeal soylardaki virüslerden bağımsız olarak kaynaklanmıştır. Bu hücreler, hücrede bulunan DNA'nın kısa segmentlerini içeren GAM partikülleri üretir. Parçacıklar üretici hücreden serbest bırakıldıktan sonra, ilgili hücrelere yapışabilir ve DNA'larını sitoplazmaya enjekte edebilirler. DNA daha sonra alıcı hücrelerin genomunun bir parçası olabilir.

<span class="mw-page-title-main">Faj gösterimi</span>

Faj gösterimi, proteinleri kodlayan genetik bilgilerle proteinleri birbirine bağlamak için bakteriyofajları kullanan protein-protein, protein-peptit ve protein-DNA etkileşimlerinin incelenmesi için bir laboratuvar tekniğidir. Bu teknikte, ilgilenilen bir proteini kodlayan bir gen, bir faj kapsit proteini genine eklenir. Bu durumda faj, proteinin genini içeride barındırırken, proteini dış tarafında da "gösterir". Böylece genotip ile fenotip arasında bir bağlantı kurulmuş olur. Proteini görüntüleyen fajlar daha sonra, görüntülenen protein ile diğer moleküller arasındaki etkileşimi saptamak için diğer proteinlere, peptidlere veya DNA dizilerine karşı taranabilir. Bu şekilde, büyük protein kütüphaneleri, doğal seçilim ile benzer olan in vitro seçilim adı verilen bir süreçte taranabilir ve çoğaltılabilir.

Alan hedefli mutajenez, bir genin DNA dizisinde ve herhangi bir gen ürününde spesifik ve kasıtlı değişiklikler yapmak için kullanılan bir moleküler biyoloji yöntemidir. Ayrıca alana özgü mutajenez veya oligonükleotide yönelik mutajenez olarak da adlandırılan bu, DNA, RNA ve protein moleküllerinin yapısını ve biyolojik aktivitesini araştırmak ve protein mühendisliği için kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Ecdysozoa</span>

Ecdysozoa, bir protostom hayvan grubu olup Arthropoda'nın da içinde bulunduğu, Nematoda ile birkaç küçük şubeyi içerir. İlk olarak Aguinaldo ve ark. 1997'de, esas olarak 18S ribozomal RNA genleri kullanılarak inşa edilen filogenetik ağaçlara dayanıyordu. Dunn ve ark. tarafından 2008'de yapılan büyük bir çalışma, Ecdysozoa'yı bir klad, yani ortak bir atadan ve onun tüm soyundan gelen bir grup olarak güçlü bir şekilde destekledi.

Hücrelerin evrimi, hücrelerin evrimsel kökenini ve daha sonraki evrimsel gelişimini ifade eder. Hücreler ilk olarak en az 3,8 milyar yıl önce, dünya oluştuktan yaklaşık 750 milyon yıl sonra ortaya çıktı.

<span class="mw-page-title-main">Eosit hipotezi</span>

Eosit varsayımı, arkeler içerisindeki bir şube olan Crenarchaeota içinde ortaya çıkan ökaryotları gösteren biyolojik bir sınıflandırmadır. Bu varsayım, ilk olarak James A. Lake ve meslektaşları tarafından 1984 yılında Crenarchaeota ve ökaryotlardaki ribozomların biçimlerinin bakterilere ya da arkelerin ikinci ana şubesi olan Euryarchaeota'ya göre birbirine daha çok benzediği bulgusuna dayanılarak önerildi.

<span class="mw-page-title-main">Masatoshi Nei</span> Amerikalı genetikçi ve evrimsel biyolog

Masatoshi Nei , Temple Üniversitesi Biyoloji Bölümü'nde Carnell Profesörü olarak çalışan Japon asıllı Amerikalı evrim biyoloğudur. 1990'dan 2015'e kadar Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nde Evan Pugh Biyoloji Profesörlüğü ve Moleküler Evrimsel Genetik Enstitüsü Direktörlüğü yapmıştır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.