معلومة

تطور التكرار في الكود الجيني

تطور التكرار في الكود الجيني


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

باختصار

بالنظر إلى الشفرة الجينية ، يبدو أن معظم التكرار يكون في الحرف الثالث بدلاً من الحرف الأول أو الثاني من الكودون. لماذا تطورت بهذه الطريقة؟


نسخة أطول

من أجل مقارنة التكرار النسبي الذي يمثله كل حرف من حروف الكودون ، دعنا نفترض أن كل كودون يحدث بتردد متساوٍ. ربما يكون خاطئًا ولكنه مفيد من أجل الحسابات. إن استخدام الترددات المرصودة لاستخدام الكودون في مجموعة سكانية معينة من شأنه أن يغير الاحتمالات التالية ولكن السؤال عن سبب احتواء بعض المواضع في الكودون على تكرار أكثر من البعض الآخر.

احتمالية استبدال الحرف الأول من الكودون بـ $ frac {1} {2048} ≈0.00005 $ (Stop codon). احتمالية أن يكون استبدال الحرف الثاني من الكودون مترادفًا. احتمالية استبدال الحرف الثالث بـ $ frac {2} {3} $ بالضبط ليكون مرادفًا.

احتمالية أن يكون الاستبدال مرادفًا نظرًا لأنه حدث في ...

  • الحرف الأول: $ frac {1} {2048} ≈0.00005 $
  • الحرف الثاني: $ frac {3} {256} ≈0.012 $
  • الحرف الثالث: $ frac {2} {3} $

لماذا يوجد عدد أكبر من التكرار في الموضع الثالث مقارنة بالمركز الثاني (الذي يحتوي على تكرار أكثر من الموضع الأول) في الكودون؟


لفهم مفهوم الاقتران القاعدي المتذبذب بشكل كامل ، نحتاج إلى النظر في متواليات النيوكليوتيدات للكودونات المضادة في الحمض الريبي النووي النقال التي يجب أن "تقرأ" الشفرة الجينية عندما يتم ترجمة الرنا المرسال على الريبوسوم. النوكليوتيدات في موضع تذبذب الكودون المضاد ، على سبيل المثال ، غالبًا ما يكون إينوزين. وفقًا لقواعد الاقتران الأساسي المتذبذب ، يمكن أن يكون Inosine زوجًا أساسيًا مع ثلاثة نيوكليوتيدات أخرى.

في الواقع ، هذا يعني أن الخلية يمكنها استخدام أقل من 63 جينًا فريدًا من الحمض الريبي النووي النقال لفك تشفير الرنا المرسال الذي يحمل رسائل مكونة من 63 "كلمة" مختلفة (الكودونات).

في الخلية النشطة ، يشغل موقع الريبوسوم A ، حيث يرتبط الحمض الريبي النووي النقال المشحون ، بواسطة الحمض الريبي النووي النقال غير الصحيح معظم الوقت (استنادًا إلى قانون العمل الجماعي حيث يمكن لأي حمض tRNA مشحون أن ينتشر بشكل عشوائي في موقع الربط). باستخدام الحمض النووي الريبي (tRNAs) الذي يمكنه التعرف على العديد من الكودونات (وهو ما تحصل عليه فرضية التمايل) ، يمكن ترجمة أي بروتين معين بشكل أسرع (بافتراض أن الحمض الريبي النووي النقال المشحون الصحيح يحد من تفاعل البلمرة متعدد الببتيد).

هذه هي النتائج العملية للجدول الذي قدمته ، لكن التفسير ، كما هو الحال بالنسبة لمعظم لماذا على أساس الأسئلة حول التطور البيولوجي ، هو تعديل تحديثي. لا يمكن أن يعمل الانتقاء الطبيعي إلا مع المواد الموجودة في متناول اليد ، وبالتالي يمكننا أن نستنتج أنه خلال الفترة التي تم فيها الانتهاء من هذا الكود الجيني ، كانت الكائنات التي استخدمتها أكثر نجاحًا من غيرها. ويستند الكود الحالي إلى ما يبدو عليه الرمز السابق. "النزول بالتعديل" هو الوصف الأصلي.

[عفوًا ، آسف بشأن الصوت المتحذلق في جزء "كيفية عمل الاختيار" ، لقد ألقيت نظرة على ملف التعريف الخاص بك وأدركت أنه من المحتمل أن تعلمني في هذا الموضوع]


حول تطور التكرار في الرموز الجينية

نحن نحاكي نموذجًا جينيًا محددًا للسكان من أجل التطور المشترك للرموز الجينية وجينات ترميز البروتين. نحن نستخدم افتراضات بسيطة للغاية حول الترجمة ، والطفرة ، وملاءمة البروتين لحساب توازنات اختيار الطفرات لترددات الكودون واللياقة البدنية في عدد كبير من السكان اللاجنسيين برمز جيني معين. ثم نحسب ملاءمة الشفرات الجينية المتغيرة التي تتنافس على غزو السكان من خلال ترجمة جيناتها بملاءمة أعلى. تتطور الأكواد والجينات معًا في سلسلة من المراحل ، بالتناوب بين الموازنة الجينية وغزو الكود ، من حالة تشفير أولية غامضة تمامًا إلى حالة تشفير مجمدة متنوعة. أدت عمليات المحاكاة التي أجريناها دائمًا تقريبًا إلى رموز جينية مجمدة زائدة عن الحاجة. أيضًا ، كان نطاق الخصائص الفيزيائية والكيميائية المحاكاة بين الأحماض الأمينية المشفرة في الرموز المجمدة دائمًا أقل من الحد الأقصى. لم تتطلب هذه النتائج افتراض القيود التاريخية على عدد ونوع الأحماض الأمينية المتاحة للرموز ولا على تعقيد البروتينات ، والقيود الكيميائية المجسمة على جهاز الترجمة ، ولا القيود الميكانيكية على تغيير الشفرة الوراثية. تأثر كل من مدى وتوقيت تنوع الأحماض الأمينية في الشفرات الوراثية بشدة بمعدل طفرة الرسالة وقوة الانتقاء الخطأ. تشير نتائجنا إلى أن العديد من الظواهر المنتشرة في كل مكان والتي توزع الكودونات على المواقع ذات المتطلبات الانتقائية المختلفة - مثل استمرار الطفرات غير المرادفة عند التوازن ، والاختيار الإيجابي لنفس الكودون في أنواع مختلفة من المواقع ، والغموض الترجمي - تهيئ تطور التكرار و انخفاض تنوع الأحماض الأمينية في الشفرات الوراثية.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


معهد بحوث الخلق

& ldquoNewspeak & rdquo هي اللغة التي طورها النظام الاستبدادي الخيالي أوقيانوسيا في رواية جورج أورويل ورسكووس الكلاسيكية. 1984. أعاد النظام تعريف الكلمات والشعارات كوسيلة للسيطرة الفكرية على مواطنيه. في كثير من الأحيان ، كانت الكلمات الجديدة تعني العكس تمامًا للمفردات & ldquoOldspeak & rdquo. أصبح تفكير المواطنين و rsquo في النهاية يتميز بمعتقدات متناقضة تم تبنيها في وقت واحد ، وهي ممارسة تُعرف باسم & ldquodoublethink. & rdquo على سبيل المثال ، أنتجت وزارة الحقيقة الكلام الجديد ودعاية ملفقة لتغيير التاريخ. وفي وزارة الحب ، تم تعذيب الناس لارتكابهم & ldquothoughtcrimes & rdquo مثل الفردية والتفكير المستقل. تحذرنا رواية Orwell & rsquos من أن ننخدع بسوء تطبيق الكلمات الماكرة أو إعادة تعريفات خادعة.

هل المتدهور يعني انخفاض أو ترقية؟

قد تبدو الإجابة على هذا السؤال واضحة. من الواضح ، هذا هو ، إذا كنت تعتقد في Oldspeak ، ولكن بعيد المنال إذا كنت تعتقد في Evolutionspeak. عندما يزعم أنصار التطور أن السمة البيولوجية متدهورة ، فهل يعنيون أنها متدهورة ، أو زائدة عن الحاجة ، أو زائدة عن الحاجة ، أو خاصية مميزة للتعقيد البيولوجي؟ من الواضح أن أيًا من هؤلاء يعتمد على أنصار التطور والاستنتاجات المحددة التي يحاول استخلاصها.

وصفت ورقة بحثية من السبعينيات الكود الجيني بأنه & ldquoa عالمي ، متدهور للغاية ، رمز مكون من ثلاثة أحرف & rdquo. 1 كمرجع ، رمز مكون من ثلاثة أحرف ، يسمى أيضًا a كودون، هي مجموعة من ثلاث قواعد للحمض النووي التي تحدد كتلة بناء حمض أميني واحد للبروتين. يشار إلى قواعد الحمض النووي أيضًا باسم النيوكليوتيدات.

ورقة بحثية حديثة تستكشف تطور حالات الجينات ، & ldquo نظرًا لوجود أكواد مختلفة كثيرًا عن الأحماض الأمينية المشفرة ، يُطلق على الشفرة الجينية اسم منحط. منذ اكتشاف الكود الجيني وكيفية انحلاله ، يعد أحد أكثر المشكلات إثارة في علم الوراثة. & rdquo هذه المشكلة الرائعة لها آثار تطورية: & ldquo يمكن تقسيم الفرضيات التي تحاول تفسير تطور الشفرة الجينية إلى مجموعتين [آليًا وعشوائيًا] . & rdquo 2 ينادي المؤلفون بالفرضية العشوائية ويصفون كيف تطور التطور والانحلال المزعوم للشفرة الجينية معًا.

ما الذي يمكن أن يتخذه طالب جامعي في علم الأحياء يتعلم عن الحمض النووي من هذه التوصيفات للانحلال الجيني؟ يعتقد أنصار التطور أن التنوع الجيني ينقسم بلا وعي بين الكائنات الحية في صراع مميت من أجل الحياة. قد يتناسب الدمار المرتبط بالصراع من أجل الحياة مع التعريف الأساسي لـ & ldquodegenerate & rdquo في قواميس مثل ميريام وبستر:

1 أ: الانحدار أو أصبح أقل تخصصًا (كما هو الحال في الطبيعة أو الشخصية أو البنية أو الوظيفة) من حالة سلف أو حالة سابقة ب: غرق في حالة أقل مما هو طبيعي بالنسبة لنوع خصوصا: الغرق إلى حالة دنيا وعادة ما تكون فاسدة وشريرة ج: متدهورة. 3

لذلك ، يمكن للطالب أن يفسر بسهولة الانحطاط الجيني وفقًا لمعناه المشترك و mdashdegradation.

ولكن قد يتم دفع الطالب إلى معنى تطوري آخر وهو "الانحطاط". نظرًا لوجود عدد أكبر من الكودونات من الأحماض الأمينية المشفرة ، فقد يدعم الانحلال التطور إذا كانت بعض الكودونات (أو أحد النيوكليوتيدات الثلاثة التي تصنع الكودون) غير ضرورية. يتماشى هذا الفهم مع التقارير التي تدعي أن واحدًا من كل 200 جين بشري هو & ldquononsense. & rdquo ذكر باحث رئيسي ، & ldquo تشير دراستنا إلى أن فقدان الجينات بشكل عام لم يكن قوة تطورية رئيسية: لا يبدو أن جينومنا في عجلة من أمره للتخلص من هذه الجينات & lsquosuperfluous & rsquo. & rdquo 4 نظرًا لأن الكائنات الحية من المفترض أن تتطور من خلال عملية البقاء غير الفعالة للأصلح ، يمكن أن ينتج الانحلال عن تكوين الحمض النووي معًا & rdquo 5 من خلال & ldquoevolution كـ & lsquotinkerer ، & rsquo بناء آلات جديدة من 6 أجزاء. لذلك يُعلن أن بقايا الطعام غير الضرورية التي تلحق بالحمض النووي هي دليل على التطور وبالتأكيد ليست مؤشرات على التصميم الجيد.

نظرًا لأن الطالب يجمع المزيد من المعلومات الأساسية حول تطور الشفرة الجينية ، فقد يتفاجأ من أنه في تقرير آخر لا يعني الانحطاط غير ضروري ، أو زائدة عن الحاجة وظيفيًا ، أو متدهورة ، ولكن في الواقع & ldquodegeneracy هي خاصية بيولوجية منتشرة في كل مكان & rdquo التي يجادلها الباحثون & ldquois سمة من سمات تعقيد على المستويات الجينية والخلوية والنظامية والسكان. & rdquo 7 يؤكد هذا الاستخدام التطوري الجديد ،

الانحطاط ، قدرة العناصر المختلفة هيكليًا على أداء نفس الوظيفة أو إنتاج نفس المخرجات والهيليبيس كلاهما ضروريان ونتيجة حتمية للانتقاء الطبيعي. 7

يبدو أن أنصار التطور يمكنهم استدعاء الانحطاط لتعزيز مفهومهم المفضل.

لإيجاد طريقة من خلال كل تحدث Evolutions عن التنكس الجيني ، يمكن للطالب أن يتحول إلى دراسات فعلية لوظيفة النيوكليوتيدات الثلاثة في الكودون. تشير هذه الدراسات إلى خطأ تطوري كبير آخر منذ ذلك الحين الكل من هذه المفاهيم التطورية المحتملة للانحطاط لا يدعمها العلم.

الانحطاط في التطور هو خطأ مذهل

وجدت مراجعة مفصلة للأدبيات في عام 2014 أنه حتى لو وصفت الكودونات المختلفة نفس الأحماض الأمينية في البروتين ، فإن الاختلافات في الكودونات لا تزال مهمة في كيفية صنع البروتين. الشكل النهائي للطي للبروتينات أمر حيوي لوظيفتها. David D & rsquo وثق أونوفريو وديفيد أبيل أن الحمض النووي وتسلسل الحمض النووي الريبي المقابل يحمل معلومات ليس فقط لتسلسل الأحماض الأمينية المناسبة ولكن أيضًا للتحكم في توقيت من طيها. & ldquodimer أن رمز TP [الإيقاف المؤقت] مبرمج في التكرار المتدهور المفترض لجدول الكودون. & rdquo 8 ما يعنيه هذا هو أن كود الكودونات المختلفة ، حتى لو كانت تحدد نفس الحمض الأميني ، لا تزال توفر معلومات ومعلومات مهمة هذا & ldquopurely إبطاء أو تسريع عملية فك الترجمة & hellip. تساعد معدلات الترجمة المتغيرة على وصف الطي الوظيفي للبروتين الناشئ. وبالتالي ، فإن التكرار في الكودون إلى رسم خرائط الأحماض الأمينية ليس شيئًا غير ضروري أو متحلل. & rdquo 8

أظهرت تجربة حديثة مرة أخرى أن النيوكليوتيدات المحددة في كودون مهمة. تسمى الطفرات في الكودون التي لا تغير تسلسل ترميز البروتين مرادف. كان الرأي الإجماعي ، & ldquo حتى وقت قريب ، يعتقد معظم علماء الأحياء أن ما يسمى الطفرات الصامتة ، التي تم إنشاؤها بواسطة & lsquosynonymous & rsquo تغييرات الحمض النووي و mdashthose التي لا تؤثر على تسلسل ترميز البروتين و mdashhad تأثير ضعيف جدًا على تطور الكائنات. & rdquo ولكن هذه التجربة طويلة الأمد مع البكتيريا وجدت & ldquot أن الطفرات المترادفة الفردية المفيدة للغاية يمكن أن تسمح للكائنات الحية بالتطور السريع والتكيف مع بيئتها. & rdquo 9 ظاهرة أخرى ومثيرة للاهتمام هي أن البكتيريا ذات الكودونات المختلفة في البداية ، عندما واجهت نفس التحديات ، بدت وكأنها تتقارب مع نفس التغييرات. وجد الباحثون أن هذه الطفرات حدثت في نقاط مفردة داخل الجين ، وكانت مفيدة للغاية ، ويبدو أنها تتكرر في تجارب متعددة.

إن ترتيب النيوكليوتيدات الذي يحدد التعديلات السريعة والقابلة للتكرار والمفيدة للظروف المتغيرة لا يبدو مثل الآثار الجانبية المصادفة للطفرات العشوائية والطفرة rdquo ، ولكنه يتحدث بصوت عالٍ عن النتيجة المصممة للتخطيط المتعمد. الشفرة الجينومية ليست متدهورة أو زائدة عن الحاجة. من الواضح أيضًا أن العناصر المختلفة هيكليًا تحدد عنصرًا مشتركًا لاتفعل تسفر بالضرورة عن نفس الناتج. دفعت ملاحظات مثل هذه D & rsquoOnofrio و Abel إلى الاستنتاج ، & ldquo وظيفة condonic [كذا] التكرار ينفي التسمية غير الحكيمة لـ & lsquodegeneracy. & rsquo & rdquo 10

النتائج الطبيعية لـ & ldquo إنشاء الجينوم & rdquo الخطأ

تعليقًا على تداعيات واسعة النطاق لعمل D & rsquoOnofrio و Abel & rsquos ، قدم Casey Luskin ملاحظة ثاقبة فيما يتعلق بكيفية ارتباطها باستنتاجات العديد من الدراسات التطورية الأخرى. يلاحظ ،

في محاولة لاستنتاج نشاط الانتقاء الطبيعي ، يحلل علماء الأحياء التطورية إحصائيًا تواتر المرادفات (التي يُعتقد أنها غير مهمة وظيفيًا) وغير المرادفة (يعتقد أنها مهمة وظيفيًا) في الجين والهيليب. ثم قد تتبع ثلاثة استنتاجات: التحيز تجاه الكودونات المترادفة يعني ضمناً تنقية الاختيار في الجين ، والانحياز نحو الكودونات غير المترادفة يعني الاختيار الإيجابي ، والتوازن المتساوي يعني تطورًا محايدًا (بدون اختيار). ولكن إذا كان من الممكن أن يكون للكودونات المترادفة معنى وظيفي مهم ، فإن المنهجية بأكملها ستخرج من النافذة ، ومئات الدراسات التي استخدمت هذه الأساليب للاستدلال & ldquoselection & rdquo أثناء التطور المفترض للجينات & rdquo قد تكون خاطئة. 11

بصرف النظر عن العلم الذي يُظهر أن الجينوم ليس & ldquodegenerate & rdquo بأي معنى تطوري ، هناك & mdashmore المهم & mdashlesson التي تم توضيحها من خلال هذا الخطأ الفادح. يتعلق الأمر بالتطورات في الأدب التطوري. ينبع هذا الدرس من الاستخدام الغامض للكلمات المقترنة بتعريفات جديدة تعارض بشكل أساسي معناها الأساسي. هذا مضلل من الناحية المفاهيمية ، ومن الممكن أن تحدث فكرة التطور هذه نفس تأثير الكلام الجديد. كان أورويل قلقًا بشأن التعريفات المضللة التي تستخدمها المؤسسات القوية لفرض أكاذيب كبيرة على من هم تحت سيطرتها. لقد أوضح هذا في 1984 مع تعويذة الحزب و rsquos المتكررة و ldquowar هو السلام ، والجهل قوة ، والحرية هي العبودية. & rdquo

في الأدبيات العلمية ، تكثر الاستعارات والتشابهات والتشكيلات البشرية. بعضها مفيد في تحقيق الوضوح. ومع ذلك ، فإن التعريفات المتقاطعة أو المقارنات الخاطئة أو تطبيق كلمة على شيء لا يمكن أن يدعمه تعريفها يمكن أن تكون مضللة. هذه الممارسة ضارة للغاية بالعلم ، والتي تتمحور حول لغة دقيقة ووضوح. يجب أن نكون على أهبة الاستعداد للتأكد من أن Evolutionspeak لا تتسلل إلى طريقتنا الخاصة في التفكير في العلم وتشوهها.

الكود الجيني هو أعجوبة تصميم

كما هو مذكور أعلاه ، التكرار تم العثور عليه في تغييرات مترادفة تمكن البكتيريا من التغلب باستمرار على التحديات. التكرار ليس سمة مميزة لنتائج الصدفة ولكنه يوحي بأن هذه النتيجة ترجع إلى آليات مصممة.

إنه يوضح أيضًا كيف أدرك جيرالد إيدلمان وجوزيف جالي أن أنظمة النسخ الاحتياطي ، أو الأنظمة الزائدة عن الحاجة وظيفيًا ، تدل على التصميم. ومع ذلك ، فإن نظرتهم للعالم لا تمنع فقط أي اعتبار لهذا الاستنتاج ولكن أيضًا تشكل اختيارهم للمفردات في نقل أفكارهم للآخرين و mdashi. يلاحظون بذكاء:

يتم زيادة حدة التناقض بين الانحطاط والتكرار على المستوى الهيكلي من خلال مقارنة التصميم والاختيار في الهندسة والتطور ، على التوالي. في الأنظمة الهندسية ، يسود المنطق ، وللتشغيل الآمن من الفشل ، يتم تضمين التكرار في التصميم. هذا ليس هو الحال بالنسبة للأنظمة البيولوجية. في الواقع ، ليس أقل من إنجازات Darwin & rsquos هو وضع الحجة عن طريق التصميم للراحة. 12

وبالتالي ، فإنهم يعتقدون أن مصطلح & lsquodegeneracy & rsquo أكثر ملاءمة من التكرار الوظيفي. & rsquo & rdquo 12

عندما يتمكن البشر من تحديد المصدر الحقيقي للتكرار الآمن من الفشل ، فإنه دائمًا ما يكون مؤشرًا على التصميم الجيد والمصمم الجيد. بالنظر إلى ذلك ، فإن التكرار في رمز مضمن في رمز آخر يكشف عن تصميم رائع. يوضح D & rsquoOnofrio ، & ldquo التكرار في الشفرة الجينية الأولية يسمح برموز مستقلة إضافية و hellip. لقد أظهرنا رمزًا ثانويًا متراكبًا على الوصفة البرمجية الأولية لتسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات. & rdquo 13

يلخص عالم الوراثة الدكتور جيفري تومكينز من معهد أبحاث الخلق أن & ldquowe بدأت للتو في فك التعقيد الحقيقي لهذه اللغات الجينية المختلفة ، & rdquo ولكننا نعلم أن & ldquof ليعمل الجينوم بكل تعقيداته ، والعديد من الرموز واللغات المختلفة هي مستخدمة ، وجميعها تتشابك وتعمل بشكل تفاعلي مع بعضها البعض. هذه الأنظمة اللغوية شديدة التعقيد تتحدث مباشرة إلى خالق يتمتع بحكمة وقدرات لا نهائية. لأنه بالرب يسوع خُلقت جميع الأشياء التي في السماء وما على الأرض ، مرئية وغير مرئية (كولوسي ١:١٦).


تعقيد الكود الجيني تضاعف ثلاث مرات فقط

الكودون هو ثلاثة توائم من ثلاثة نيوكليوتيدات في الحمض النووي. تتم قراءة الجينات في هذه الكودونات الثلاثية ، كل منها يرمز إلى حمض أميني أو علامة & # 8220 ترقيم & # 8221 عند ترجمة الجين (61 من 64 ثلاثيًا ممكنًا يرمز فعليًا للأحماض الأمينية ، يعمل الآخرون كـ & # 8220start & # 8221 و & # 8220stop & # 8221 codons). هذا ما نعرفه منذ الستينيات. الآن ، ومع ذلك ، يريد عالمان من جامعة يوتا زيادة تعقيد الأمور.

مقال في Phys.org يشرح:

ما يسمى ب العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية تنص على عملية تحويل المعلومات الجينية إلى بروتينات يمكن للخلايا استخدامها. & # 8220DNA يصنع RNA ، & # 8221 تقول العقيدة ، & # 8220 و RNA يصنع البروتين. & # 8221 يتكون كل بروتين من سلسلة من الأحماض الأمينية ، وكل حمض أميني مشفر بواسطة مجموعات من & # 8220triplets ، & # 8221 وهي عبارة عن مجموعات من ثلاث وحدات معلوماتية للحمض النووي، في الكود الجيني.

علماء الأحياء بجامعة يوتا نقترح الآن التي تربط الأحماض الأمينية لصنع البروتينات في الريبوسومات ومصانع البروتين الخلوية # 8217s ، قد تتأثر في الواقع بمجموعات من ثلاثة توائم # 8211 a & # 8220 مجموعة ثلاثية من ثلاثة توائم & # 8221 التي تقدم حاسمة سياق الكلام للريبوسوم. [تم اضافة التأكيدات.]

تبدو فكرة جامحة ، لكنها نُشرت للتو في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. ماذا يمكن أن يكون تأثير هذا "قضية الشفرة الجينية كثلاثة توائم من ثلاثة توائم"؟

من المفترض أن يعمل التطور الدارويني الجديد عن طريق تحور أكواد الحمض النووي ، إما بجعلها & # 8220synonymous & # 8221 مع الكودون السابق (على سبيل المثال ، إنتاج نفس الأحماض الأمينية) ، أو & # 8220 non-synonymous & # 8221 (على سبيل المثال ، وضع amino مختلف في مكانه ، مما قد يؤثر على البروتين الناتج). إذا كان من الممكن التعامل مع الكودونات ككيانات مستقلة تعمل عن طريق الانتقاء الطبيعي ، فإن الداروينيين على الأقل فهموا التحدي الذي يواجههم. إذا كان هؤلاء الباحثون على صواب ، فقد ارتفعت المخاطر للتو.

لقد تعلمنا بالفعل أن الكودونات المترادفة ليست متطابقة حقًا ، حتى لو دخل نفس الحمض الأميني إلى البروتين النهائي. مثل المرادفات الإنجليزية ذات الظلال المختلفة للمعنى ، يمكن أن تؤثر الكودونات المترادفة على اللغة الجينية. يمكنهم القيام بذلك عن طريق التأثير على معدل النسخ ، والتعديلات المطلوبة على نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) ، أو معدل الترجمة (انظر "زر غفوة وراثي" هنا). قدمت هذه النتيجة سببًا للتكرار في الشفرة الجينية ، حيث يمكن تمثيل حمض أميني واحد بواسطة واحد إلى ستة أكواد ثلاثية مختلفة. توافق هذه الورقة الجديدة على:

ستؤدي التغييرات المترادفة إلى اختلافات في أسعار الترجمة أن لها كفاءات ربط مختلفة ووفرة ومعدلات شحن وتؤدي إلى استقرار mRNA التفاضلي. بالإضافة الى، نفس الحمض الريبي النووي النقال يقرأ كودونات مختلفة بكفاءات مختلفة، كما تم تحديده في نظام فحص عداد السرعة متعدية في الجسم الحي.

كان العثور على هذه الوظيفة الإضافية في هذا التكرار في الشفرة الجينية (يسمى "الانحطاط") مثيرًا للاهتمام بدرجة كافية ، لكن أنصار التطور يواجهون الآن تحديًا جديدًا. مؤلفو PNAS تصف الورقة البحثية ، هيوز وشيفانس ، ما دفعهما لفحص سياق كل كودون ثلاثي. كانوا يلعبون بجينات أحد مكونات السوط البكتيري المسمى FlgM عندما لاحظوا شيئًا مثيرًا للاهتمام:

أدى تغيير الكودون على جانب واحد من الكودون المعيب إلى زيادة نشاط بروتين FlgM بمقدار 10 أضعاف. أدى تغيير الكودون على الجانب الآخر إلى انخفاض بمقدار 20 ضعفًا. وأنتج التغييران معًا زيادة بمقدار 35 ضعفًا. & # 8220 أدركنا ذلك هذين الكودونين ، على الرغم من فصلهما بواسطة كودون ، كانوا يتحدثون مع بعضهم البعض، & # 8221 هيوز يقول. & # 8220 الكود الفعال قد يكون ثلاثة توائم. & # 8221

لفهم الشفرة الجينية ، إذا كان هذا صحيحًا ، فسيتعين على علماء الوراثة فهم سياق كل ثلاثة توائم. يمكن أن يتأثر كل كودون بكودوناته الجانبية ، مما يؤدي إلى نتائج مختلفة إلى حد كبير من حيث نشاط الجين.

نستنتج أن التعرف على الكودون يبدأ من خلال رابطة هيدروجين كودون ومضاد كودون بين القاعدتين الأولى والثانية من الكودون المترجم متبوعًا باستشعار الملاءمة الصحيحة في قاعدة التمايل وتفاعلات التراص الأساسية ساهمت بها الكودونان السابقتان والـ tRNAs المرتبطة.

تساعد مشكلة & # 8220triplet of triplet & # 8221 في تفسير سبب عدم إمكانية الحصول على نفس نمط التعبير بسهولة عن طريق استبدال بروتين نباتي أو حيواني في بكتيريا ، وهو إجراء معملي يسمى التعبير غير المتجانسة. لا يقوم المرء فقط بالعبث في كودون معين ويتوقع الحصول على نفس النتيجة في كائن حي مختلف له سياق تعبير مختلف. يؤثر الكودون المحدد المستخدم على عوامل المصب ، بما في ذلك تعديلات الحمض النووي الريبي ، والتي يقول المؤلفون إنها واسعة النطاق في كل كائن حي.

تعديل أنواع الحمض الريبي النووي النقال في بكتريا قولونية كما تم عرضه على تختلف باختلاف مرحلة نمو الخلية. محدد يمكن أن تمثل تأثيرات سياق الكودون مجالات الترجمة في الحياة على أساس تعديلات الحمض النووي الريبي.

نبدأ في رؤية ما يمكن أن يفعله هذا بالنظرية الداروينية الجديدة. لا يخوض المؤلفون في التفاصيل ، لكنهم يصدرون تحذيرًا مشؤومًا في الفقرة الأخيرة من الورقة:

صعوبة الانتقاء الطبيعي سيكون في إيجاد تحسين الكودون لجين معين. إذا كان سرعة من خلال كودون متكل على 5 و 3 الكودونات المرافقة, وتعتمد الكودونات المرافقة على الكودونات المرافقة 5 و 3، من ثم يتم ممارسة ضغط الاختيار على كودون واحد على مدى خمسة أكواد متتالية، والتي تمثل 61 5 أو 844،596،301 تركيبة كودون. إذا تفاعلت tRNAs المعدلة مع القواعد في بطريقة تعتمد على سياق الكودون الذي - التي يختلف بين الأنواع اعتمادًا على الاختلافات في تعديلات الحمض النووي الريبي ، وتسلسل الريبوسوم ، وبروتينات الريبوسوم وعامل الترجمة ، من السهل أن نفهم سبب ضعف التعبير عن العديد من الجينات في أنظمة التعبير غير المتجانسة حيث يكون استخدام الكودون هو العامل الأساسي في تصميم تسلسلات الترميز للتعبير عن البروتين الأجنبي. يمثل التأثير المحتمل للاختلافات في تعديلات الحمض النووي الريبي تحد كبير في تصميم الجينات للتعبير الأقصى سواء عن طريق الانتقاء الطبيعي أو في المختبر.

توضح الفقرة الموجودة في & # 8220significance & # 8221 من الفرضية التحدي بإيجاز:

& # 8220 البيانات المقدمة هنا تدعم نموذجًا فيه يزيد ضغط الانتقاء التطوري على كودون واحد عن خمسة أكواد متتالية ، بما في ذلك الكودونات المترادفة.

كلما كان على الانتقاء الطبيعي أن يفكر & # 8220 & # 8221 حول (إذا كنت ستغفر عن التعبير) ، ستقل قدرته على تصحيح الأمور. بتعبير أدق ، سيستغرق الأمر الكثير مما يسميه ديفيد بيرلينسكي "الحظ الغبي" لإيجاد تغيير مفيد. إذا كان هناك 844،596،301 مجموعة أكواد تدعو للقلق ، فهذا يشبه الحاجة إلى الحصول على العديد من الأرقام الصحيحة في Powerball مما كنت تعتقد عندما اشتريت تذكرة اليانصيب الخاصة بك. هذا ما يلمحون إليه:

تعديلات الحمض النووي الريبي تختلف في جميع أنحاء ممالك الحياة الثلاث ويمكن أن تؤثر على الاقتران بين الكودون والمضاد. يمكن أن تفسر الاختلافات في تعديلات الحمض النووي الريبي الاختلافات في تحيزات الكودون المترادفة وللحصول على آثار سياق الكودون (القدرة على ترجمة قواعد ثلاثية محددة تتعلق بكودونات مجاورة محددة) على الترجمة بين الأنواع المختلفة. هنا ، باستخدام أنظمة وراثية في الجسم الحي السالمونيلا، نظهر ذلك تعتمد ترجمة كودون معين على طبيعة الكودونات المرافقة كلا الجانبين 5 و 3 من الكودون المترجم ، وبالتالي توليد أكواد جينية عالية المستوى للبروتينات التي يمكن أن تشمل أزواج الكودون وثلاثة توائم.

سيكون من المثير للاهتمام أن نرى كيف تعمل هذه الفرضية. سيكون أحد التأثيرات الفورية على الأبحاث المتعلقة بالأمراض الوراثية. قد يفسر مخطط الترميز المكون من ثلاثة توائم سبب عدم ترجمة نماذج الفئران لعلاج الأمراض بشكل جيد دائمًا إلى تجارب بشرية: السياق مختلف.

"الشفرات الجينية الأعلى رتبة" & # 8212 يا له من مفهوم! في الواقع ، يتحدث المدافعون عن الهوية مثل جوناثان ويلز عن هذا الأمر منذ سنوات.


المفاتيح الجزيئية

تم العثور على أحد أكثر الأمثلة إثارة للاهتمام على التكرار الجيني في SRC عائلة الجينات. تتكون هذه العائلة من مجموعة من ثمانية جينات ترمز لثمانية بروتينات متميزة جميعها بوظيفة تُعرف تقنيًا باسم التيروزين كيناز. تربط بروتينات SRC مجموعات الفوسفات ببروتينات أخرى تحتوي على الحمض الأميني التيروزين في سياق حمض أميني معين. نتيجة هذا الارتباط هو أن البروتين يتم تنشيطه ويتم تشغيله ، وبالتالي يمكنه تمرير المعلومات في سلسلة إشارات. يتم تسمية أربعة أفراد قريبين من العائلة باسم SRC و YES و FYN و FGR ، ويعرف الأعضاء الآخرون المرتبطون باسم BLK و HCK و LCK و LYN. تسمى كلتا العائلتين بالمستقبلات & lsquonuclear receptors & rsquo ، وتنقل الإشارات من الجزء الخارجي للخلية إلى النواة ، وهي مركز العمليات حيث يتم نسخ المعلومات الموجودة في الجينات إلى الرنا المرسال. بروتينات SRC تعمل عائلة الجينات كمفاتيح جزيئية تنظم نمو الخلايا وتمايزها. عندما يتم تشغيل خلية للتكاثر ، يتم تشغيل بروتينات التيروزين كيناز بشكل عابر ، ثم يتم إيقاف تشغيلها على الفور.

ال SRC تُعد عائلة الجينات من أكثر الجينات المعروفة للإنسان شهرة ، لأنها تسبب السرطان نتيجة طفرات أحادية النقطة. الطفرة النقطية هي تغيير في تسلسل الحمض النووي الذي يغير فقط نوكليوتيد واحد وحرف دنا مداشا و [مدش] للجين بأكمله. عندما لا تكون الطفرة النقطية في وضع صامت ، فإنها ستؤدي إلى دمج آلات صنع البروتين في الكائن الحي و rsquos لحمض أميني خاطئ. نتيجة الطفرة النقطية هي أن الكائن الحي ينتج الآن بروتينًا لا يمكن إيقافه. متحور SRC الجينات ذات خطر خاص لأنها ستعمل بشكل دائم على تنشيط سلاسل الإشارات التي تحفز تكاثر الخلايا: يتم تشغيل الإشارة التي تحث الخلايا على الانقسام بشكل دائم. والنتيجة هي تكاثر غير منضبط للخلايا و [مدشكنسر]. لا يمكن التغلب على طفرات نقطة تعزيز النمو عن طريق التعويض الأليلي لأن البروتين الطبيعي لا يمكن أن يساعد في إيقاف البروتين المتحور.

على الرغم من أن بروتين SRC يتم التعبير عنه في العديد من الأنسجة وأنواع الخلايا ، فإن الفئران فيها SRC الجين الذي تم القضاء عليه لا يزال قابلاً للحياة. السمة الوحيدة الواضحة للضربة القاضية هي غياب اثنين من الأسنان الأمامية بسبب هشاشة العظام. في المقابل ، هناك أساسًا لا يسمح للطفرات النقطية في بروتين SRC دون عواقب نمطية وخيمة. تغيرات نقطة تغيير الأحماض الأمينية في معظم ، ويفترض جميع ، من SRC يمكن أن تؤدي الجينات إلى تكاثر خلوي غير متحكم فيه. تم إنشاء نماذج الفئران التي تعمل بنظام التشغيل 1 Knockout للكشف عن وظائف جميع أعضاء SRC عائلة الجينات. أربعة من أصل ثمانية بالضربة القاضية لم يكن لديهم نمط ظاهري يمكن اكتشافه. على الرغم من خصائصها المسببة للسرطان ، فإن نصف SRC يبدو أن الجينات زائدة عن الحاجة. تخبرنا النظرية التطورية القياسية أن أفراد عائلة الجينات الزائدة عن الحاجة نشأوا من خلال ازدواج الجينات. الجينات المضاعفة هي حقاً زائدة عن الحاجة ، وبالتالي من المتوقع أن تقل إلى نسخة وظيفية واحدة بمرور الوقت من خلال تراكم الطفرات التي تضر بالجينات المضاعفة. يمكن أن تكون هذه الطفرات عبارة عن طفرات تحول في الإطار تقدم إشارات توقف مبكرة ، والتي تتعرف عليها آلات الترجمة الخلوية لإنهاء تخليق البروتين. وجود SRC تم شرح عائلة الجينات على النحو التالي:

هذا السيناريو يعني أن ملف SRC من المقرر أن تبقى الجينات في الجينوم إلى الأبد. تثير الطفرات النقطية التي تقتل على الفور سؤالًا مثيرًا للاهتمام حول الأصل. إذا كان SRC الجينات ضارة جدًا حقًا لدرجة أن الطفرات النقطية تحفز السرطان ، فكيف يمكن لهذه العائلة الجينية الممتدة أن تظهر إلى الوجود من خلال تكرار الجينات وتنويعها من خلال الطفرات في المقام الأول؟ بعد التكرار الأول ، لا يُسمح لأي من الجينين بالتغيير لأنه سوف يستدعي نمطًا ظاهريًا مميتًا ويقتل الكائن الحي من خلال السرطان. الطفرات المتغيرة للأحماض الأمينية في SRC سيتم اختيار الجينات بشكل دائم ضد. وينطبق الشيء نفسه على الازدواج الجيني الثالث والرابع والإضافي. يُسمح فقط للنسخ الجينية الجديدة بالطفرات في المواقع المحايدة التي لا تحل محل الأحماض الأمينية في البروتين. وإلا سيموت الكائن الحي من الأورام. بسبب آلية الاختيار هذه & lsquopurifying & rsquo ، يجب أن تظل التكرارات كما هي. ومع ذلك ، فإن بروتينات SRC تختلف العائلة بشكل واضح ، فهي تشارك فقط 60 & ndash80٪ من تسلسلاتها.


تعليقات المراجعين

المراجع الأول: David Ardell ، مركز Linnaeus للمعلوماتية الحيوية ، جامعة أوبسالا

التعليقات العامة

مع هذه المخطوطة نوفوزيلوف وآخرون. أدخل بشجاعة المجال المثير للجدل المتمثل في نمذجة تطور الشفرة الجينية. نوفوزيلوف وآخرون. قد ساهم في بعض الأساليب والمفاهيم والتقنيات الأصلية للمجال في هذا العمل. على الرغم من حذف تفاصيل الطريقة ، إلا أنهم يستخدمون البرمجة الخطية بشكل مقنع لمعالجة السؤال المتعلق بمصفوفة تكلفة الأحماض الأمينية التي من شأنها تقليل تكلفة الترجمة الخاطئة بافتراض وجود نمط ثابت من الخطأ الترجمي الخاطئ. بعد حل هذه المشكلة ، قاموا بعد ذلك بتطبيق حلهم لتقدير تعيينات الكودون الأكثر ضررًا في الكود القياسي. استنتاجهم أن وضع الأرجينين غير قادر على التكيف بشكل كبير يردد أصداء العديد من الأعمال السابقة غير المذكورة ، على الرغم من أنهم قد توصلوا إلى هذا الاستنتاج بالوسائل الأصلية. تشمل الأعمال السابقة غير المذكورة تولستروب وآخرون. (1994) JMB 243: 816 ، الذي أظهر أن الشبكة العصبية الاصطناعية المدربة على تعلم الكود القياسي تفصل الأحماض الأمينية في تمثيلها الداخلي في مجموعات تتوافق تمامًا مع مقياس محبتها للماء باستثناء الأرجينين. تولستروب وآخرون. أنفسهم يستشهدون بالعمل السابق الذي يشير إلى التخصيص غير الملائم للأرجينين ، بما في ذلك Swanson (1984) Bull. رياضيات. بيول. 46: 187 ، تايلور وكواتس ، وت. جوكس (1973) Nature 246: 22 الذي ناقش الدليل على أن الأرجينين كان إضافة متأخرة إلى الشفرة الجينية. أخيرًا ، الأرجينين هو الحمض الأميني الوحيد الذي تم تقديم دليل قوي على وجود ارتباط كيميائي تجسيمي لحمض أميني مع كودوناته (Knight and Landweber (2000) RNA 6 (4): 499).

رد المؤلفين: نحن نقدر أن أرديل أشار إلى هذا العمل السابق المتعلق بموقف أرجينين المذكور في المراجعة.

كما أقدر تطبيق تحليل المكونات الرئيسية على تمثيلات الشفرات الجينية بناءً على "مسافات الكودون" للأحماض الأمينية. هذه طريقة لطيفة لقياس تشابه الشفرة الجينية في مواجهة فئات التكافؤ الكبيرة للرموز الجينية تحت مقياس التكلفة الذي استخدموه (على سبيل المثال ، تبديل البيورينات أو البيريميدينين في موقع الكودون الأول أو الثاني أو كليهما ، أثناء تثبيت تخصيصات الأحماض الأمينية ، ستنتج أكواد بنفس التكلفة).

أخيرًا ، فيما يتعلق بالتحسينات التدريجية للمجال ، يروج المؤلفون لنموذج أصلي لمساحة الشفرات الجينية المحتملة ، وآلية أصلية لتغيير الشفرة الجينية. استنتاجهم بأن الشفرة الجينية عبارة عن كود عشوائي محسن جزئيًا ، جذابة وغير مثيرة للجدل بالنسبة لي ، على الرغم من أنني متأكد تمامًا من أنها ستستمر في إثارة الجدل (وربما تجاهلها) من قبل الآخرين.

ومع ذلك ، فإنني أعترض على بعض الافتراضات وخطوط التفكير في هذا العمل ، والتي أحددها الآن بترتيب تنازلي من حيث الأهمية لتأثيرها الكلي:

1. هل قام المؤلفون بتحليل مشهد اللياقة البدنية والمسارات التطورية المعقولة للرموز الجينية بشكل هادف؟ سيتطلب هذا مقاييس كافية لـ 1) الملاءمة و 2) آلية للتغيير التطوري. يخلط المؤلفون مرارًا وتكرارًا في التمييز بين "التكلفة" و "الملاءمة" في جميع أنحاء هذه الورقة ، على الرغم من الإشارة إلى التمييز بأنفسهم في مرحلة ما من الورقة. كما استنتجوا بحق أن العلاج الحقيقي للياقة يتطلب النظر في مجموعة الجينات التي تترجم الشفرة الجينية. النقطة المهمة التي يتجاهلونها هي أن هذه الجينات ستؤثر أيضًا على كيفية تغيير الشفرات الجينية. بسبب هذا القيد التطوري الذي تضعه الجينات على الشفرات الوراثية ، فإن احتمال تبادل الأحماض الأمينية أو مضادات الكودونات بين اثنين من الحمض الريبي النووي النقال المستقبلي هو صفر تقريبًا ، خاصة بعد أن تطورت الترجمة لتكون دقيقة بما فيه الكفاية ، بحيث يمكن ترجمة 20 من الأحماض الأمينية باستمرار. هذا الشرط المسبق ضروري لمثل هذه المقايضة (على النحو النموذجي) حتى تكون ذات مغزى. ربما لهذا السبب لا نرى أي دليل على مثل هذا الاختلاف الجذري في الرموز الجينية على الأرض اليوم. حقيقة أن الملاءمة لا يتم قياسها بشكل كافٍ في هذا العمل والطريقة التي تتغير بها الرموز يتم تحريفها ، مما يترك أساس استنتاجاتهم موضع شك. ويمكنني أن أضيف إلى ذلك أن صلابة مشهد التكلفة الذي يصفونه هي نتيجة حتمية ، على الأقل جزئيًا ، للتماثلات المذكورة أعلاه في مقياس التكلفة الذي استخدموه (مما أدى إلى فئات التكافؤ من الرموز كما ذكرنا سابقًا).

من ناحية أخرى ، فإن الآلية المفترضة للمؤلفين لمبادلة الأحماض الأمينية بين أزواج من كتل الكودون كافية لإثبات أن الكود القياسي دون المستوى الأمثل ، على الرغم من أن آخرين قد أظهروا ذلك من قبل.

رد المؤلفين: هناك نقطتان مميزتان في هذا التعليق. الأول هو الخلط المزعوم بين التكاليف واللياقة البدنية. في هذا الصدد ، ندفع بالبراءة. يتم تحديد التكلفة بشكل لا لبس فيه ، ويتم شرح العلاقة العكسية بين هذه التكلفة والملاءمة مباشرة بعد هذا التعريف. في بقية النص ، نتحدث عن انخفاض التكلفة بالمعنى الأكثر تقنيًا وزيادة اللياقة حيث يتعلق الأمر بمناقشة أكثر توجهاً بيولوجيًا. نعتقد أن هذا يخلق الوضوح بدلاً من الارتباك.

النقطة الثانية هي أن نموذج تطور الكود قد لا يكون واقعياً. هنا ، نعترف بالذنب. يتم تبسيط النموذج بشكل مفرط عن عمد للسماح باستنتاجات مباشرة حول العلاقات بين الكود القياسي والأكواد العشوائية المختلفة ، ونؤكد على ذلك في المناقشة المنقحة.

2. هل بنية الكتلة الخاصة بالشفرة الجينية القياسية أمر لا مفر منه؟ هناك مكونان لهيكل الكتلة: عدد الكودونات المخصصة لكل حمض أميني وتجميع الكودونات الزائدة عن طريق مواضع الكودون الثالثة. من المؤكد أن قواعد "التذبذب" في موضع الكودون الثالث قد يُفترض بشكل معقول أنها ثابتة طوال تاريخ الكود. ولكن يمكن تغيير مستقبِلات متساوية مختلفة من الحمض الريبي النووي النقال في قدرتها على القراءة من خلال الطفرات والتعديلات على قواعدها الأولى المضادة للأكودون ، أي تغيير القاعدة المتذبذبة التي يستخدمونها. علاوة على ذلك ، تختلف الرموز الجينية المتغيرة الموجودة في عدد الكودونات المخصصة للأحماض الأمينية المختلفة. لا يمكن الصمود أمام مطالبتنا السابقة (Ardell and Sella ، 2001) ، فهناك دليل واضح في الحياة الباقية على أن بعض الأحماض الأمينية قد ورثت أو غزت أكوادًا أخرى على الأرجح ، وبالتالي لا تمتلك بنية الكتلة للشفرة الجينية ولا تعبيرها عن الأحماض الأمينية كانت ثابتة طوال تطورها.

رد المؤلفين: في النسخة المنقحة من المخطوطة ، أضفنا عامل تحذير (في قسم المناقشة) حيث نؤكد أننا ، بشكل أساسي ، نستكشف نموذج لعبة لتطور الكود يتجاهل التوسع في عدد الأحماض الأمينية ويتضمن سلسلة الكودون فقط المقايضات. يتمثل جوهر هذه الورقة في تحديد مكان الكود القياسي في مساحة الشفرة ، فيما يتعلق بفئات مختلفة من الرموز العشوائية ، ونعتقد ، في هذا الصدد ، أن النموذج الذي نستخدمه مناسب.

3. استخدام الكود نفسه لاتخاذ قرار من بين مقاييس مختلفة لتكلفة بدائل الأحماض الأمينية ، أو لاستنتاج طبيعة الخطأ متعدية ، دون دليل آخر ، هو أمر خاطئ. خاصة بالنظر إلى استنتاجات المؤلف الخاصة بأن الكود غير مثالي.

رد المؤلفين: نحن في الواقع لا نستخدم الكود نفسه لنقرر من بين مقاييس التكلفة. ومن الأمور الأخرى أن بعض هذه المقاييس (على سبيل المثال ، مصفوفات PAM أو Blosum) تعتمد في حد ذاتها على الكود وبالتالي فهي غير مناسبة. لا نعتقد أن هناك أي خطأ في هذا.

4. على الرغم من استخدامه على نطاق واسع ، فإن التبرير التجريبي المذكور لخطة احتمالية سوء القراءة الترجمية في المعادلة 2 ضعيف ، لا سيما في أن القراءة الخاطئة المترجمة أكثر تحيزًا للتحول في قراءة موضع الكودون الثاني أكثر من الأولى. البيانات محدودة للغاية بشأن هذه النقاط! المراجع المذكورة هي: Friedman and Weinstein ، 1966 ، Woese ، 1965 and Parker 1989. في المرجع الأول ، فقط البيانات التي تترجم poly-U هي التي يمكن تفسيرها بشكل مباشر (تحتوي بيانات poly-UG على أعلى نسبة من Phenylalanine ، مما يدل على أن mRNA كان كوبوليمر عشوائي). تظهر بياناتهم (الجدول 2 ، الصفحة 990) تحيزًا انتقاليًا لسوء قراءة هذا الكودون مع زيادة معدل الخطأ الإجمالي. لكن لا يوجد دليل على أن هذا التحيز أكبر في موضع الكودون الثاني من موضع الكودون الأول. في المقابل ، لا تُظهر البيانات التي راجعها Woese (1965) لـ poly-U أي علامة على وجود خطأ في القراءة المتحيزة في موضع الكودون الأول على الإطلاق ، ولكنها علامة على ذلك في موضع الكودون الثاني. لذلك ، فإن البيانات من هذين المصدرين غير متسقة. علاوة على ذلك ، فهي تخص كودون واحد فقط ، وقد كتب Woese أن نمط سوء قراءة الكودونات الأخرى التي يمكن تقييمها في ذلك الوقت كان مختلفًا تمامًا. الأهم من ذلك ، حتى الدراسات الحديثة جدًا حول سوء القراءة الترجمي إما تجريبيًا في المختبر (E. Bouakaz وآخرون. ) الكيمياء الحيوية 46: 200) تركز فقط على رموز UUU أو UUC. يتفق جميع المؤلفين على أن المزيد من الدراسات ضرورية مع الكودونات الأخرى لتعميم الاستنتاجات. لا تسمح مراجعة باركر لمعدلات القراءة الخاطئة في الجسم الحي (الجدول 1 ، الصفحة 277) بأي حال من الأحوال للقارئ باستخلاص استنتاجات عامة فيما يتعلق بشكل أخطاء الترجمة الخاطئة في مواضع الكودون المختلفة ، بخلاف تأثير الموقع العام.

من ناحية أخرى ، يُظهر عمل كرامر وفارابو الأخير (مذكور هنا في هذه الورقة) تحيزًا انتقاليًا أكبر في سوء القراءة في الموضع 2 من الموضع 1 ، في الجسم الحي ، لجميع الجيران المحتملين للطفرة الواحدة لكودون ليسين AAA. ومع ذلك ، فإن هذا يثير السؤالين التاليين بالنسبة لي: 1) ما هو نظام الترجمة وفي ظل الظروف التي يكون فيها أفضل نموذج تجريبي لأنظمة الترجمة البدائية التي تطورت بموجبها الشفرة الجينية؟ و 2) هل أنظمة الترجمة عالية التطور التي تمت دراستها اليوم متحيزة من خلال تكيفها بالفعل مع الشفرة الجينية ، بحيث تكون ترددات الخطأ أكبر عندما تكون تكاليف الأخطاء أضعف؟

رد المؤلفين: في المخطوطة المنقحة ، نحن أكثر حذرًا بشأن الاختلافات في تحيز الانتقال بين مواضع الكودون. الأسئلة التي طرحها Ardell مثيرة للاهتمام وذات صلة. مثله ، ليس لدينا حاليًا إجابات محددة.

كنقطة عامة ، ستستفيد هذه الورقة كثيرًا من فصل المواد والطرق عن النتائج من أجل الوضوح. في كثير من الأدوار تكون الورقة مكتوبة بشكل جيد ، ولكن بطرق أخرى الجمع بين M & ampM والنتائج يجعل الورقة منظمة بشكل سيئ ويجبر القارئ على تجميع تفاصيل مهمة حول كيفية إنجاز العمل من أقسام متناثرة من الورقة. على سبيل المثال ، يمكن للقارئ فقط بالمصادفة معرفة عدد الرموز الجينية المختلفة التي تم تحليلها بالفعل في تقييم المجموعات الأربع o و r و O و R.

رد المؤلفين: نحن نختلف فيما يتعلق بدمج M & ampM والنتائج. حاولنا في البداية كتابة الورقة البحثية بطريقة أكثر تقليدية ، لكننا وجدنا أنه في هذه الحالة ، كانت الأساليب المنهجية الرئيسية غير قابلة للفصل تقريبًا عن النتائج. يشار الآن صراحة إلى عدد الرموز التي تم تقييمها.

(ص 9 وأماكن أخرى): على الرغم من أننا (Ardell، 1998، Sella and Ardell، 2001، Ardell and Sella 2001، 2002) قد أظهرنا أن 1) أشكال رياضية مثل الخاص بك eq. 1 يتم تصغيرها عن طريق إقران المصطلحات الكبيرة من p (. |.) مع d (.) ، وأن 2) الرموز التي تشير إلى أن مثل هذه الاقتران هي بالفعل أكثر ملاءمة في بعض النماذج الجينية السكانية ، فهي فقط تدعو المؤلفين إلى الارتباك وسوء الفهم. لاستخدام مصطلح "الملاءمة" لوصف الكمية التي يتم تحسينها. تم التطرق إلى هذه النقطة بشكل صحيح في الورقة ، ولكن تم التعامل معها بعد ذلك بشكل مضلل في مكان آخر. هل لي أن أقترح تسميتها ما هي ، ما هي "التكلفة"؟

رد المؤلفين: سبق تناولها أعلاه. بشكل عام ، لا نرى خلطًا بين التكاليف والملاءمة.

يرجى التفاصيل ، فيما يتعلق بالبرنامج المستخدم ، كيف تم حل مشكلة البرمجة الخطية من أجل التكاثر. لماذا لا تقدم شفرة المصدر في الأساليب التكميلية؟

رد المؤلفين: تم حل مشكلة البرمجة الخطية باستخدام LPSolve قياسي تم تقديمه في حزمة التحسين من Maple 9.5.

المراجع 2: ألان دروموند ، جامعة هارفارد (رشحته لورا لاندويبر)

مراجعة "تطور الشفرة الجينية: التحسين الجزئي للرمز العشوائي للقوة الترجمية في بيئة لياقة بدنية وعرة" ، تم تقديمها إلى Biology Direct.

التطور المنطقي والنتائج الرئيسية للورقة هي كما يلي. أولاً ، يتم تحديد دالة التكلفة للرموز الجينية ، وشرح شروطها (بما في ذلك خيارات قياس المسافة بين الأحماض الأمينية). تم تقديم إطار عمل لإنشاء رموز بديلة ، مع مجموعة من الافتراضات لتذويب مساحة البحث بحوالي 66 مرتبة من حيث الحجم إلى مجموعة قابلة للتتبع ، والأهم من ذلك افتراض أن بنية كتلة الكود القياسي هي نتيجة ميكانيكية لجهاز الترجمة وبالتالي قد يتم وضع الرموز غير المحظورة جانبًا بأمان. تمت مقارنة الكود القياسي مع الأكواد البديلة ووجد أنه يتفوق على الغالبية العظمى منهم في ضوء بعض المتغيرات لوظيفة التكلفة المفترضة. يتم تحديد فرص التحسين للشفرة الجينية من خلال محاولة تقليل وظيفة التكلفة عن طريق التغييرات في قياس المسافة. يتم تقديم خوارزمية تقليل الجشع للبحث محليًا عن متغيرات محسّنة من الكود الأولي عبر مقايضات عائلات الكودون. باستخدام هذه الخوارزمية ، تتم معالجة مسألة ما إذا كان ينبغي اعتبار الكود القياسي محسنًا لتقليل الأخطاء: يتم الحصول على إصدارات محسّنة من الكود القياسي والأكواد المحظورة العشوائية ، ووجد أن تكلفة الكود القياسي وتكلفة نسخته المحسّنة ، يمكن مطابقتها أو التغلب عليها بإصدارات مُحسَّنة للعديد من الرموز المحظورة العشوائية. الاستنتاج الرئيسي للورقة هو أن الكود القياسي غير ملحوظ إلى حد ما في تقليل الأخطاء عند مقارنته بالرموز المحظورة الأخرى.

بشكل عام ، أجد الموضوع مثيرًا ، والمناهج جريئة كما هو متوقع من هذه المجموعة الرائدة ، والاستنتاجات مثيرة للاهتمام. يضع المؤلفون افتراضات رئيسية لست سعيدًا بها تمامًا ، مع تبرير أنها ضرورية لإحراز تقدم. ما يقلقني هو أنه ما لم تكن الافتراضات جيدة ، فلن يتم إحراز تقدم فعليًا ، ومن الأفضل ترك الموضوع بمفرده.

أقترح أن يتم توضيح بعض الافتراضات ودعمها بالأدلة حيث تتعارض مع الحجج البديلة المقنعة. يجب مراجعة النتائج المستمدة من خوارزمية التقليل الجشع إلى حد كبير ، حيث أن العديد من الادعاءات المهمة حول ناتج هذه الخوارزمية (على سبيل المثال ، العثور على أقصر المسارات) غير صحيحة. أخيرًا ، يجب معالجة الأسئلة طويلة الأمد حول الاستدلالات التي يمكن للمرء أن يستخلصها حول المسارات التطورية ، الممكنة أو الفعلية ، من مخرجات خوارزميات التحسين التحليلي أو الحسابي.

للبدء ، فإن الافتراضات المبسطة التي تم إجراؤها لتقديم البحث عن رموز أفضل يمكن تتبعها تحمل فحصًا دقيقًا. على وجه الخصوص ، يتم الدفاع عن قيود عمليات البحث على الرموز التي تحتوي على بنية كتلة الكود العالمي ، ثم استخدامها بطريقة جديدة. نظرًا لهدف تفسير المسارات المحاكية لتعديل الكود كمعلومات مفيدة حول العملية الفعلية لتطور الكود (بحيث يكون لمفهوم "بالقرب من ذروة اللياقة" والبيانات الواردة في الشكلين 7 و 8 ، على سبيل المثال ، معنى في علم الأحياء أيضًا كمحاكاة) ، يجب على المؤلفين إثبات أن التبسيط معقول بيولوجيًا. العبء هنا أثقل منه على الأعمال الأخرى التي تضع افتراضات مماثلة (على سبيل المثال أعمال فريلاند وزملائه) ولكن لا توجد فيها ادعاءات حول المسارات التطورية أو طريقة الاستكشاف التطوري.

الافتراض الرئيسي الذي أدى إلى تقليل مساحة البحث هو أن ". بنية الكتلة للشفرة هي نتيجة مباشرة وآلية لنمط التفاعل بين الريبوسوم ، و mRNA ، و tRNA المماثل [50]". تمت صياغة الفرضية بطريقة توحي بأن الفيزياء الحيوية وحدها كافية لفرض بنية الكتلة المرصودة ، دون التذرع بالضغط الانتقائي ضد الترجمة الخاطئة. هذه على حد علمي فكرة جديدة ومثيرة تمامًا ، ويجب تقديم أدلة قوية لدعمها. لم أتمكن من ربط محتويات [50] (Spirin ، RNA Biol. 2004) مع هذه الفرضية ، وسوف يساعدني عرض ما يتم افتراضه وما هو معروف.

على النقيض من ذلك ، قد يقصد المؤلفون البديل حيث تنشأ بنية كتلة الكود من نمط التفاعل (على سبيل المثال ، يساهم ارتباط الموضع الثالث بشكل أضعف في التمييز ، ويكون عدم التطابق بين الكودون ومضاد الكودون الذي يتضمن انتقالات أكثر استقرارًا من تلك التي تنطوي على عمليات تحويل. ) والضغط الانتقائي لتقليل الخطأ ، والذي فضل بشكل مشترك بنية رمز تكون فيها أخطاء انتقال المركز الثالث مترادفة إلى حد كبير - رمز محظور. يبدو أن الانتقاء الطبيعي يفضل تقليل الخطأ الانتقالي واضحًا ، والسؤال المطروح هو ما إذا كانت بنية الكود الجيني تساهم جنبًا إلى جنب مع التعديلات الأخرى مثل البنية الريبوزومية ، والتدقيق الحركي ، ونشاط تحرير المركب ، واستخدام الكودون المتحيز لدقة الترجمة (Akashi Genetics 1994) ، متحيز استخدام الكودون لتقليل الخطأ (Archetti JME 2004) ، وتحمل البروتينات مع الترجمة الخاطئة ، وما إلى ذلك. إذا كان هذا الافتراض الأضعف ولكن المعقول هو ما يقصده المؤلفون ، يصبح من غير الواضح كيف يمكن إزالة الرموز غير المحظورة من الاعتبار في المسارات التطورية ، نظرًا لأنها يُفترض فقط أنها أقل ملاءمة (كما هو الحال مع معظم الرموز في المشهد المصغر) ، وليست غير قابلة للتطبيق ، وهناك بشكل ساحق (

10 ^ 66 ضعفًا) أكثر منها في مساحة جميع الرموز ، مثل هذا التحديد يجب أن يعمل بجد للقضاء عليها.

في الواقع ، هناك رموز موجودة لديها بنية كتلة أكثر اتساقًا من الشفرة الجينية القياسية ، مثل شفرة الميتوكوندريا الفقارية التي لا توجد فيها عائلات أحادية الكودون (على عكس Trp و Met في الكود القياسي). يبدو أن هياكل الكتل هذه متوافقة مع آلية الترجمة ، ولكن لم يتم أخذها في الاعتبار في الدراسة الحالية. أوصي بأن يدافع المؤلفون بقوة أكبر في المخطوطة عن حذف الرموز غير المحظورة والممنوعة بشكل مختلف من المسارات التطورية.

رد المؤلفين: في الواقع ، ما نعنيه هو أن القاعدتين الأوليين تساهمان بشكل كبير في التعرف على الحمض النووي الريبي المشابه أكثر من القاعدة الثالثة المتذبذبة. تم توضيح ذلك في المراجعة ، وتم الاستشهاد بالمراجع الداعمة لهذه المساهمات التفاضلية للقواعد ([49–51]). تؤخذ وجهة نظر دروموند جيدًا في أن هذا لا يجعل الرموز ذات هياكل الكتل المختلفة مستحيلة "من حيث المبدأ". ومع ذلك ، فإنه يجعلها غير محتملة ، وبالنظر إلى أنه لكي يتم تشغيل أي محاكاة حتى اكتمالها ، يجب اختيار مجال صغير نسبيًا من مساحة الكود ، ويبدو أن إصلاح بنية الكتلة هو الخيار الأفضل. نفسر كل هذا في المراجعة. قد لا يرقى هذا إلى دفاع "أكثر قوة" اقترحه دروموند ولكن هكذا تسير الأمور.

يهتم النصف الأخير من العمل بشكل أساسي بمدى تحسين الشفرة الجينية المعيارية. بالنظر إلى أن التطور هو عملية عشوائية ، فإن الطريقة الطبيعية للتفكير في التحسين هي السؤال عن نسبة الطفرات التي تزيد مقابل تقليل الدرجة - فالشفرة المثلى حقًا سيكون لها طفرات تحسين صفرية ، وسيتم تحسين الشفرة المحسّنة بدرجة كبيرة فقط جزء من العديد من الطفرات المحتملة. قدر العديد من العمال هذه النسبة من خلال تحديد درجة الكود القياسي بالنسبة لتوزيع عينات الدرجات البديلة. اتخذ المؤلفون نهجًا آخر ، باستخدام عدد مقايضات عائلة الكودون "الجشعة" التي تفصل رمزًا معينًا عن أفضل محلي لقياس مدى تحسينه. تم انتقاد استخدام المسافات بين درجة رمز معين والنقطة المثلى - هنا ، النسبة المئوية للتصغير ، MP - للتأكد من قوة الاختيار (فريلاند ، نايت ولاندويبر ، TiBS 2000) ، بشكل أساسي لأنه يعامل هذه المسافات بشكل غير صحيح على أنها قياس خطي. العمل الحالي يقارن MP بين الأكواد ويخضع لنفس النقد. تتفاقم المشكلة هنا لأن MP يتم حسابه بالنسبة إلى الحد الأدنى من الجشع المحلي لكل رمز. على سبيل المثال ، إذا كان الكود القياسي يحتوي على MP يساوي 0.93 ورمزًا منافسًا MP قدره 0.8 ، فلا يمكن للمرء أن يستنتج أن الكود القياسي هو الأمثل بشكل أكبر بمعنى وجود عدد أقل من الطفرات التي تعمل على تحسينه. أي أن الفرق بين أعضاء البرلمان لا يعادل الاختلاف في مستوى التحسين. البديل هو أن الأكواد الموجودة في جوار الكود القياسي تسجل بشكل عام نتائج جيدة ، بحيث يكون الحصول على MP مرتفع أمرًا سهلاً ، كما أن العديد من الطفرات ستحسن الكود القياسي ، مما يجعلها غير محسّنة بشكل جيد ، في حين أن جوار الكود المتنافس مليء برموز نقاط ضعيفة ، وقد تم تحسينه بشكل كبير باستخدام عدد قليل من أكواد الدرجات الأفضل للانتقال إليها. من المرجح أن تحتوي المناظر الطبيعية الوعرة من النوع الذي تم استكشافه هنا على مثل هذه الميزات. يجب على المؤلفين معالجة الانتقادات المتعلقة بـ MP والمقاييس المشتقة من البحث مقابل المقاييس العشوائية للتحسين ، ويجب عليهم أخذ عينات من المشهد المحلي حول كل رمز لمعالجة المخاوف بشأن مستوى التحسين.

رد المؤلفين: من أجل مقارنة الرموز ، استخدمنا كلًا من النهج الإحصائي ونهج التحسين. كمقياس للمسافة بين الرموز ، لم نستخدم عدد مقايضات الكودون فحسب ، بل استخدمنا أيضًا الاختلاف في قيم تكلفة الخطأ كما يمكن رؤيته في الأشكال. 3, 4, 5, 7و 8. ليس من الواضح لماذا لا يمكننا استخدام MP في سياق الدراسة الحالية. انتقادات فريلاند وآخرون. تناول عام 2000 الاستنتاج الذي مفاده أنه ، بالنظر إلى انخفاض قيمة MP للشفرة القياسية ، لا يمكن أن تتطور الشفرة تحت ضغط انتقائي لتقليل تأثير أخطاء الترجمة. نحن لا نتجادل مع هذا النقد. نحن نستخدم MP فقط لمقارنة الرموز العشوائية المختلفة مع الكود القياسي بموجب القواعد المحددة تمامًا للبحث عن مشهد اللياقة البدنية.

يجب أخذ حجة توازن اختيار الطفرة / التكيف غير الخطي في الاعتبار في الخلاصة حيث يسأل المؤلفون ، "لماذا توقف تطور الكود حيث توقف؟" الإجابة التي استخلصتها من الكثير من أدبيات تقليل الأخطاء التي تم الاستشهاد بها في العمل الحالي هي أنه قد يكون من غير المحتمل إلى حد كبير أن يدفع الاختيار مستوى تقليل الأخطاء إلى أعلى ، نظرًا للضغط التعويضي الناتج عن الطفرة. إذا كانت الشفرة الجينية "واحد في المليون" بالمعنى الذي يفضله فريلاند وهيرست (JME 1998) ، فهذا مستوى عالٍ من التحسين وفقًا لمعظم المعايير. (دليل على أن العديد من الطفرات تحسن من أن كود واحد في المليون سيكون دليلًا مخالفًا مقنعًا.) تحسين الخوارزمية للنوع الذي يتم إجراؤه هنا لا يرى مثل هذه الميزات الإحصائية - في التقليل الجشع ، تكون خطوة التحسين الأولى سهلة مثل الخطوة الأخيرة ، لأنه يجب تقييم جميع البدائل الممكنة في كل مرة ، بينما في عملية قائمة على أخذ العينات العمياء مثل التطور ، كلما ارتفع المرء صعودًا ، كلما أصبح التحسن غير محتمل ويقل احتمال استمراره بمجرد تحقيقه. هذا هو جوهر فريلاند وآخرون. نقد TiBS (2000).

على نفس المنوال ، هناك العديد من الفرضيات التطورية المعيارية التي يبدو أنها مفقودة بسبب عدم كون الكود الجيني الحالي هو الأمثل:

- لم يكن تقليل الأخطاء هو الهدف الوحيد للاختيار. إذا كانت أي سمات أخرى تخضع لاختيار كبير في الجينوم البدائي ، ولم تكن هذه السمات متوافقة تمامًا مع تقليل الأخطاء ، فإن العملية التطورية التي تفضل زيادة اللياقة ستنتج شفرة جينية دون المستوى الأمثل.

- لم يكن حجم السكان الفعال لانهائي. لا يستطيع الانتقاء الطبيعي التمييز بين اختلافات اللياقة الأصغر من المقابل لحجم السكان الفعال. نتيجة لذلك ، فإن أي طفرات (إلى الحمض النووي الريبي ، والتركيبات التركيبية ، وعوامل الإطلاق ، والمكونات الريبوزومية ، وما إلى ذلك) التي تعمل على تحسين تقليل الخطأ في الشفرة الجينية ، ولكنها تمنح ميزة انتقائية أقل من هذا الحد ، لن يُتوقع أن تصل إلى التثبيت إلا عن طريق الانجراف . يمكن للمرء من حيث المبدأ تقدير عدد الرموز التي تحتوي على مثل هذه الخاصية ، وبالتالي تقدير مقدار الأمثلية التي يمكن "تركها على الطاولة" لمجرد طبيعة العملية التطورية.

- تم تحقيق توازن اختيار الطفرة. لنفترض أن تقليل الخطأ له توزيع على شكل جرس ، وأن المستويات العالية من تقليل الخطأ مفيدة بشكل انتقائي ، ولكنها ليست كذلك بلا حدود. يتم دفع تقليل الخطأ الأعلى عن طريق الانتقاء ، وكلما تمت معارضته بشدة من خلال نسبة متزايدة من الطفرات الضارة ، حتى يتم الوصول إلى التوازن - على الأرجح عند مستوى أدنى من المستوى الأمثل من EM. (توازن الاختيار الطفري هو مصطلح أكثر شيوعًا لحجة "التكيف غير الخطي" التي تم التطرق إليها أعلاه وباختصار من قبل المؤلفين في المقدمة.)

إذا كانت أي من هذه الفرضيات القياسية الثلاثة لها ميزة ، فمن المتوقع أن تكون الشفرة الجينية دون المستوى الأمثل فيما يتعلق بقوتها على الترجمة الخاطئة. يجب أن يعالج العمل الحالي هذه الفرضيات في مناقشتهم ، حيث يتم حاليًا وضع حجة "توازن القوتين" التي تتناول نفس النقطة.

رد المؤلفين: نحن نقدر هذه التعليقات الشيقة. ومع ذلك ، في رأينا ، فإن هذا الطلب يضع اللوح الخشبي مرتفعًا بشكل غير واقعي لأي تحليل لتطور الكود. نحن لا نعرف هذا "اللامثلي المتوقع".

يقيس المؤلفون المسافة المتدرجة من الرمز إلى القمة المحلية للمناظر الطبيعية ، وبالتالي ينسبون أهمية إلى هذه الذروة. ومما يثير القلق الشديد أن الخوارزمية التي يتم من خلالها العثور على هذه الذروة الجشعة لا تسلط الضوء على الأهمية العامة التي تمتلكها الذروة. لنفترض أنه تم العثور على ذروة الجشع على بعد خطوات N من نقطة البداية. لا يمكن ضمان أن تكون القمة الجشعة أ) أعلى قمة ، ب) أعلى قمة في نطاق N خطوات ، أو ج) أقرب أو أعلى قمة يمكن الوصول إليها باستخدام درجات شاقة حصريًا. في منطقة اللياقة البدنية الوعرة ، لا يوجد أي ضمان بالإضافة إلى ذلك على أن ارتفاع أو المسافة إلى الذروة الجشعة توفر معلومات حول ارتفاع هذه القمم أو المسافة إليها.

علاوة على ذلك ، يقول المؤلفون ، "باستخدام هذه الخوارزمية ، يمكننا العثور على أقصر مسار تطوري من كود بداية معين إلى الحد الأدنى المحلي لوظيفة تكلفة الخطأ (أي إلى ذروة اللياقة المحلية)." هذا البيان غير صحيح. لن تكون المسارات الجشعة بشكل عام أقصر الطرق.يمكن رؤية هذا بشكل أوضح في الشكلين 7 و 8 ، اللذين يرسمان مسارات التصغير لخطوات & gt26 ، والنقطة الختامية رقم 6 التي تنص على أن الكود النموذجي يمكن أن يصل إلى ذروته المحلية في 15-30 خطوة. بالنظر إلى الخوارزمية المستخدمة (حيث يتم تحديد مجموعة من الرموز التي يمكن الوصول إليها بشكل متبادل بشكل فريد من خلال موضع 14 مكونًا من أربعة أكواد و 14 كتلة ثنائية الكودون) ، يمكن تغيير أي رمز إلى أي كود آخر يمكن الوصول إليه في (14-1) + (14) -1) = 26 مقايضة. (المشكلة تعادل مشكلة إعادة ترتيب القائمة ، ويمكن وضع قائمة بالعناصر n بأي ترتيب محدد في مقايضات n-1 أو أقل). من المستحيل أن يكون أقصر مسار في النموذج الموصوف أطول من 26 خطوة.

نتيجة لذلك ، يجب مراجعة الشكلين 7 و 8 والنص المصاحب. الهدف من التجربة هو تحديد مدى اختلاف الرموز عن الحد الأدنى المحلي. إذا كان "إلى أي مدى" هو الاختلاف في أقصر مسار إلى أقرب حد أدنى محلي ، فيجب إعادة أخذ البيانات باستخدام نهج مناسب مثل البرمجة الديناميكية. إذا كان المقصود بـ "إلى أي مدى" بالمعنى التطوري ، فلا يُتوقع أن يكون المسار الجشع أو المسار الأقصر ممثلًا للمسارات التطورية العمياء وبالتالي تخضع للقيود الحتمية أيضًا (راجع حجج فريلاند وزملائه والتعليق على توازن اختيار الطفرات أعلاه). تعد الخوارزمية الجشعة اختيارًا مشكوكًا فيه للدراسات التطورية ، لأنه ، على سبيل المثال ، يجب أن يكون احتمال انتقال مجموعة سكانية من كود إلى آخر في أي نموذج تطوري دالة على احتمال حدوث الطفرة المناسبة واحتمال حدوث طفرة. التثبيت اللاحق ، وتتجاهل الخوارزمية الجشعة احتمال حدوثها تمامًا. من السهل تخيل خوارزميات حتمية ذات تعقيد حسابي مكافئ لا تتجاهل مثل هذه الإحصائيات - عندما يتم تقييم جميع البدائل ، كما هو الحال في الخوارزمية الجشعة ، يكون متوسط ​​السكان والوسيط وما إلى ذلك حتمية.

استجابة المؤلفين: صحيح أنه ، بالسماح بأي مقايضات كودون ، يمكننا الوصول إلى أي كود في (14-1) + (14-1) = 26 خطوة (وليس 20). إذا عرفنا الحالة النهائية (الحد الأدنى العالمي) فستكون هذه مشكلة سهلة. بدون هذه المعرفة ، من الناحية النظرية ، من الممكن العثور على الحد الأدنى العالمي باستخدام البرمجة الديناميكية ، ولكن من الناحية العملية ، هذه المشكلة غير قابلة للحل بسبب العدد الهائل من الرموز الممكنة. إذا سمحنا فقط بالمقايضات التي تسفر عن أكبر زيادة في اللياقة ، فسنجد أقرب قمة (نحدد ذروة على أنها حالة لا تؤدي فيها مقايضات الكودون إلى زيادة اللياقة) وأعلى قمة (لأنه ، في ظل الخوارزمية المعطاة ، نجد ذروة واحدة فقط يمكن الوصول إليها من أي نقطة انطلاق) لهذه الخوارزمية. يجب أن نلاحظ أن هذه ، على حد فهمنا ، هي الخوارزمية الحتمية الأكثر منطقية للتطور التي يمكن تخيلها. سيكون نهجًا مختلفًا إذا أضفنا نوعًا من العشوائية في البحث عن المناظر الطبيعية. قررنا استخدام الخوارزمية السالفة الذكر ، البسيطة ، وبالتالي ، القابلة للتتبع ، والحتمية ، والجشعة. في المخطوطة المنقحة ، أوضحنا هذه النقطة في وصف خوارزمية البحث من خلال توضيح أن الخوارزمية تعثر على مسار تحسين تتضمن كل خطوة فيه أقصى زيادة ممكنة لقوة الشفرة ، وأضفنا بيانًا حول التحذيرات في المناقشة.

تُشتق صلاحية مشهد اللياقة ، سواء كان كميًا أو توضيحيًا (الشكل 9) ، من مقياسه (قياس المسافة) ووظيفة اللياقة (الارتفاع). مقياس المسافة المختار هنا هو مقايضات. وهذا يعني أن خطوة واحدة عبر المشهد تساوي تبادلًا واحدًا بمعنى عائلتين من الكودونات التي تشفر أحماض أمينية مختلفة. يؤكد المؤلفون أنه من المحتمل أن الشيفرة الجينية قد تطورت ، على الأقل جزئيًا ، من خلال مثل هذه المقايضات. يعتبر Woese (BioScience 20 (8): 471-480 + 485 [1970]) عدة آليات لتطور الكود. مثل المؤلفين ، أشار إلى أن إعادة تعيين الكودون كان من شبه المؤكد أن يكون ضارًا بشدة ، لكنه جادل بدلاً من ذلك بأن هذا العائق يفضل فئة بديلة من المسارات التطورية ، أي صقل الكودون العشوائي المتداخل للأسلاف وتخصيصات الأحماض الأمينية في عائلات محددة بدقة أكبر. يجب تقديم الدليل الذي يتناول حجة Woese ، وتحديداً في دعم أهمية المقايضات ، في وقت مبكر من المخطوطة ، لأن معقولية الاستنتاجات تعتمد على قبول هذه الفرضية.

رد المؤلفين: مرة أخرى ، هذا العمل ليس محاولة لإعادة بناء سيناريو واقعي حقًا لتطور الكود ، بل لتحديد حالة الكود القياسي في مساحة الشفرة ، مقارنة بمجموعات مختلفة من الرموز العشوائية ، وتحديد الروابط التطورية الممكنة بين الكود القياسي والرموز العشوائية المختلفة. تم توضيح ذلك في المراجعة.

لاحظ المؤلفون أن 9 أو 11 مقايضة مطلوبة لأخذ الكود القياسي إلى الحد الأدنى الجشع ، والإشارة إلى هذه المسافة على أنها "صغيرة نسبيًا" يجب تبرير هذا التفسير. كما هو مذكور أعلاه ، تكفي طفرات 9-11 لتحريك أي رمز في منتصف الطريق عبر المساحة الواسعة الكاملة لجميع الرموز المحظورة (لكن تذكر أن الحد الأدنى الجشع ليس بالضرورة أقرب أو أعمق حد أدنى محلي). نظرًا لأن هذه المقايضات عبارة عن تحولات كبيرة - من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى العديد من الطفرات الجسدية لمبادلة عائلتين من أربعة أكواد - فإن المسافة ستكون بالتأكيد أكبر في الواقع. أقترح تقديم الحساب أعلاه للحد الأقصى لطول المسار الأقصر لوضع أي مسافة يتم العثور عليها عند المراجعة في المنظور.

رد المؤلفين: تعني كلمة "صغير نسبيًا" ، حرفياً ، أنها صغيرة نسبيًا فيما يتعلق بالرموز العشوائية الأخرى. لا يبدو لنا أن هناك ضرورة لتبرير إضافي.

تم استخدام مصطلح "المتانة الانتقالية" سابقًا للإشارة إلى متانة البروتينات الفردية في الترجمة الخاطئة (Drummond et al. PNAS 2005 Koonin and Wolf، Curr. Op. Biotech. 2006). هنا ، يتم تطبيقه لأول مرة على الشفرة الجينية للإشارة إلى فكرة أن بعض الرموز لها أطياف خطأ تؤدي إلى تعطيل طيات البروتين أو وظيفة أقل من غيرها. هذه ظواهر مختلفة - في الفيزياء الحيوية حول كيفية الحصول على المتانة وتعديلها ، ونطاق العواقب إذا تم تغييرها ، من بين جوانب أخرى - واستخدام المصطلح نفسه قد يؤدي إلى إحداث الانطباع المعاكس. كانت الظاهرة قيد النظر موضوع العديد من الأعمال السابقة ، لذلك يمكن النظر في الاستخدام المشترك "لتقليل الخطأ" في هذا المجال. إذا تم البحث عن مصطلح جديد ، فإن "قوة الخطأ" ستدمج مفهوم المتانة مع تمييزها بعناية عن العمل السابق. إذا كان يجب الاحتفاظ بالمصطلح ، فإن وصفًا موجزًا ​​لكيفية اختلاف استخدامه هنا عن التعريف السابق سيساعد في تقليل الالتباس.

رد المؤلفين: نحن نتفق ، المصطلحات هنا تستحق المزيد من الاهتمام. يمكن أن تكون "المتانة الانتقالية" غامضة ولكن "تقليل الخطأ" ليس عبارة جيدة إما لأن بنية الكود لا تقلل الأخطاء ، بل إنها تقلل من تأثيرها. لذلك راجعنا المخطوطة وقمنا بإجراء تغييرات ، وتحدثنا عن "قوة أخطاء الترجمة" أو ، حيث لا يُدرك أي غموض ، ببساطة ، عن "المتانة".

المراجع 3: روب نايت ، جامعة كولورادو ، بولدر

في هذه المخطوطة ، نوفوزيلوف وآخرون. توفر استكشافًا أكثر تفصيلاً لمستوى الأمثلية للشفرة الجينية والمسار التطوري للتحسين مما كان متاحًا في السابق. على وجه التحديد ، يستخدمون نهجًا قياسيًا لقياس "تكلفة" الشفرة الوراثية من حيث التكرار المرجح للأخطاء ذات الخطورة المختلفة ، وقياس مسار الرموز باستخدام خوارزمية تحسين تسلق التلال. لقد استعادوا النتيجة غير المثيرة للجدل بأن الشفرة الجينية أفضل بكثير في تقليل الأخطاء من الشفرة الجينية العشوائية (كما أوضح العديد من المؤلفين) ، ولكنها ليست على المستوى المحلي أو العالمي الأمثل (كما تم توضيحه سابقًا). ومع ذلك ، فإن النتائج تتجاوز ما تم القيام به سابقًا من خلال مقارنة المسار التطوري للشفرة الجينية القياسية بمسارات الرموز العشوائية الأخرى للحصول على تقدير لما يجب أن تبدو عليه العملية الكلية.

أعتقد أن المؤلفين بالغوا في النتيجة التي توصلوا إليها وهي أن الكود الجيني القياسي "ليس خاصًا". تظهر النتائج الخاصة بهم أنه من الصعب شرحها إلا كنتيجة لعملية التحسين: الحجة القائلة بأن الكود الجيني القياسي هو الأمثل العالمي لا يؤخذ على محمل الجد في هذا المجال ، على حد علمي ، لذلك لا يمكن اعتبار النتائج على أنها تقلبها (انظر المناقشة بين ستيف فريلاند وماسيمو دي جوليو وأنا في TiBS في عام 2000 ، والتي تم الاستشهاد بها بشكل مناسب في الورقة). بدلاً من ذلك ، أظهروا أنه ، مثل معظم الميزات الأخرى للكائنات الحية ، تم تحسين الشفرة الجينية ولكنها ليست مثالية ، وربما تعكس مجموعة من القيود تتجاوز الميزة المحددة التي يتم فحصها. يمكن أن تستفيد المخطوطة أيضًا من اختصارها بشكل كبير ، حيث تبدو طويلة نسبيًا بالنسبة لقيمتها الإخبارية.

رد المؤلفين: عندما نقول أن الكود القياسي "ليس خاصًا" ، فإننا نعني أنه كان من الممكن أن يتطور جيدًا من خلال التحسين الجزئي لرمز عشوائي خالص لنفس بنية الكتلة. تم إجراء تعديلات مختلفة لتوضيح ذلك ولكن جوهر الموضوع لا يزال قائمًا. بطريقة ما ، هذا هو التحول من نصف كوب ممتلئ في العديد من الدراسات السابقة التي أكدت أن الكود القياسي هو "واحد في المليون" أو حتى أفضل من ذلك ، إلى نصف كوب فارغ حيث يظهر الرمز القياسي بدلاً من ذلك تافهة عندما يتم النظر في المشهد بأكمله.

من المثير للاهتمام أن العديد من الشفرات الجينية غير القانونية لها في الواقع بنية كتلة مختلفة أو تعداد أحماض أمينية مختلفة عن الرموز الجينية المتعارف عليها: في الواقع ، يبدو أن هذه هي الطريقة الرئيسية التي يتطور بها الكود الجيني حاليًا (انظر Knight et al. 2001 مراجعات الطبيعة علم الوراثة للمناقشة ، و Caporaso وآخرون 2005 J Mol Evol لبعض عمليات المحاكاة التي تتضمن هياكل كتلة بديلة - قد يفكر المؤلفون في الاستشهاد بهذه الورقة الأخيرة في مناقشة النماذج البديلة لتطوير الكود). قد يكون من المفيد تخفيف بعض هذه الافتراضات في عمليات المحاكاة لنمذجة بشكل أكثر دقة كيف نعتقد أن الكود يتغير اليوم ، على الرغم من أن هذا ربما يكون خارج نطاق المخطوطة الحالية. لقد قمنا ببعض العمل على أمثلية الشفرات غير القانونية في Freeland et al. مول بيول إيفول.

رد المؤلفين: في الواقع ، يبدو أن تفاصيل الرموز المنحرفة في الكائنات الحية الحديثة خارج نطاق البحث. من الصعب التأكد من أن هذه بأي طريقة تلخص التطور الأصلي للشفرة.

أعتقد أن عبارة "الكود القياسي غير ملحوظ" مضللة للأسباب المذكورة أعلاه. لا يزال أفضل بكثير في تقليل الأخطاء من الغالبية العظمى من الشفرات: ربما يمكن للمؤلفين إعادة صياغة ما يقصدونه بشكل أكثر وضوحًا.

رد المؤلفين: أعيدت صياغتها ومؤهلة في المراجعة.

ما زلت لا أوافق على أن الورقة السابقة التي استشهد بها نفس المؤلفين ، تتناول بشكل كاف الأدلة لصالح التأثير الفراغي الكيميائي على بنية الكود الحديثة. كابوراسو وآخرون. أظهرت ورقة JME لعام 2005 أن هناك الكثير من "المساحة" للتكيف حتى لو تم إصلاح أجزاء كبيرة من الشفرة عن طريق الكيمياء الفراغية ، على سبيل المثال. وبالمثل ، لا تناقش هذه الورقة في الواقع الأدلة التي تدعم نماذج التطور المشترك ، على الرغم من أنه يمكن القول بأن كلا سطري الأدلة خارج نطاق هذا العمل.

رد المؤلفين: في هذا السياق ، تم الاستشهاد بالورقة السابقة لنفس المؤلفين (YIW و EVK) كمراجعة موجزة للأدلة التي تدعم (أو عدم وجودها) الفرضية الفراغية الكيميائية. الاستنتاج الرئيسي هو أنه لا يوجد دليل مقنع لصالح هذه الفرضية ، ونحن نتمسك بذلك. بالنسبة لوجود مساحة كبيرة للتكيف ، لا يبدو أننا محل نزاع حول هذا الموضوع.

يجب أن تستشهد مناقشة دائرية استخدام مصفوفات PAM بورقة دي جوليو J Theor Biol 2001 حول هذا الموضوع ، وأظهر أيضًا في أطروحة الدكتوراه الخاصة بي أنه حتى التلوث الصغير جدًا لمصفوفة الاستبدال بمصفوفة الكود الجيني يمكن أن يؤدي إلى أهمية إحصائية واقعية من أمثلية الشفرة الجينية.

رد المؤلفين: تمت إضافة مرجع دي جوليو [48]. لسوء الحظ ، في هذا الوقت ، لا يمكننا الوصول إلى الأطروحة.

التأكيد على أن "باستخدام هذه الخوارزمية يمكننا العثور على أقصر مسار تطوري من رمز بداية معين إلى الحد الأدنى المحلي لوظيفة تكلفة الخطأ" غير صحيح - قد يتضمن المسار الأقصر انتقالًا إلى حل أسوأ للوصول إلى حل أفضل . يمكن للخوارزمية المستخدمة فقط العثور على أقصر مسار يتم تحسينه باستمرار ، والذي قد يكون أطول بكثير من المسار المباشر. يجب توضيح هذه النقطة في المخطوطة.

رد المؤلفين: في الواقع ، تم توضيح هذه النقطة - انظر الرد على تعليقات دروموند أعلاه.


مراجع

أندريانانتواندرو إي وآخرون. البيولوجيا التركيبية: قواعد هندسية جديدة لنظام ناشئ. مول. النظام. بيول. 2, 2006.0028 (2006).

Grozinger، L. et al. مسارات التفوق الخلوي في الحوسبة الحيوية. نات. كومون. 10, 1–11 (2019).

Dobzhansky، T. لا شيء في علم الأحياء منطقي إلا في ضوء التطور. أكون. بيول. يعلم. 35, 125–129 (1973).

Renda ، B. A. ، Hammerling ، M.J & amp Barrick ، ​​J.E Engineering قلل من الإمكانات التطورية للبيولوجيا التركيبية. مول. بيوسيست. 10, 1668–1678 (2014).

إليس ، ت. توقع كيف سيهزمنا التطور. ميكروب. التكنولوجيا الحيوية. 12, 41–43 (2019).

فرنانديز رودريغيز ، جيه ، يانغ ، إل ، جوروشوفسكي ، تي إي ، جوردون ، دي بي أند أمبير فويجت ، سي أ. الذاكرة والمنطق الاندماجي القائم على انعكاسات الحمض النووي: الديناميكيات والاستقرار التطوري. موالفة ACS. بيول. 4, 1361–1372 (2015).

Yokobayashi، Y.، Weiss، R. & amp Arnold، F.H. تطور موجه لدائرة جينية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 99, 16587–16591 (2002).

مانح ، L. ، غيرشنسون ، A. ، Freskgard ، P.-O. & أمبير أرنولد ، F. H. التطور الموجه لإستريز بالحرارة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95, 12809–12813 (1998). عمل بارز على التطور الموجه للبروتينات - يستخدم هنا لتحسين الاستقرار الحراري للإنزيم.

Boder ، E. T. ، Midelfort ، K. S. & amp Wittrup ، K. D. التطور الموجه لشظايا الجسم المضاد مع تقارب ربط مستضد الفيمتومولار أحادي التكافؤ. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 97, 10701–10705 (2000).

Esvelt ، K. M. ، Carlson ، J.C & amp Liu ، D. R. نظام للتطور المستمر الموجه للجزيئات الحيوية. طبيعة سجية 472, 499–503 (2011).

Guntas، G.، Mansell، T. J.، Kim، J.R & amp Ostermeier، M. موجه التطور لمفاتيح البروتين وتطبيقها على تكوين بروتينات ربط ليجند. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 102, 11224–11229 (2005).

وانج هـ. وآخرون. برمجة الخلايا عن طريق هندسة الجينوم المتعدد وتسريع التطور. طبيعة سجية 460, 894–898 (2009).

أندرسون ، جيه وآخرون. المنظورات الهندسية والأخلاقية في علم الأحياء التركيبي. تعتبر التصاميم الصارمة والقوية والتي يمكن التنبؤ بها والمشاركة العامة والإطار الأخلاقي الحديث أمرًا حيويًا لاستمرار نجاح البيولوجيا التركيبية. ممثل EMBO. 13, 584–590 (2012).

رايت ، أو. ، ستان ، ج. & amp Ellis، T. بناء السلامة الحيوية للبيولوجيا التركيبية. علم الأحياء الدقيقة (القراءة) 159, 1221–1235 (2013).

تشان ، سي ، لي ، جيه ، كاميرون ، إي ، باشور ، سي & أمبير كولينز ، جي. نات. تشيم. بيول. 12, 82–86 (2015).

ماندل ، دي جيه وآخرون. الاحتواء البيولوجي للكائنات المعدلة وراثيا عن طريق تصميم البروتين التخليقي. طبيعة سجية 518, 55–60 (2015).

ونستون ، م. ل.بيولوجيا وإدارة نحل العسل الأفريقي. Annu. القس Entomol. 37, 173–193 (1992).

Oye ، K.A et al. تنظيم محركات الجينات. علم 345, 626–628 (2014).

Pigliucci، M. هل علم البيئة وعلم الأحياء التطوري من العلوم "اللينة"؟ آن. زول. فنيسي 39, 87–98 (2002).

بارتلي ، ب. أ ، كيم ، ك. ، ميدلي ، ج. ك. & أمبير ساورو ، هـ. م. البيولوجيا التركيبية: هندسة النظم الحية من المبادئ الفيزيائية الحيوية. بيوفيز. ج. 112, 1050–1058 (2017).

كيرشنر ، إم آند غيرهارت ، جي إيفولفابليتي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95, 8420–8427 (1998).

Mayo، A. E.، Setty، Y.، Shavit، S.، Zaslaver، A. & amp Alon، U. مرونة وظيفة إدخال الجين التي تنظم رابطة الدول المستقلة. بلوس بيول. 4, 555–561 (2006). يوضح هذا العمل بشكل تجريبي قابلية تطور محددة من خلال إظهار أن الطفرات في منطقة تنظيم الجينات يمكن أن تغير وظيفتها دون تدميرها.

فاغنر ، أ. المتانة وقابلية التطور: حل التناقض. بروك. R. Soc. ب بيول. علوم. 275, 91–100 (2008).

رايت ، س. أدوار الطفرة ، زواج الأقارب ، التهجين ، والاختيار في التطور. المجلد. 1 ، 355-366 (غ ، 1932).

Cano، A. V. & amp Payne، J.L. PLoS Comput. بيول. 16، e1008296 (2020).

Stoltzfus، A. & amp Norris، R. W. حول أسباب التحول التطوري: التحيز التحولي. مول. بيول. Evol. 33, 595–602 (2016).

جونز ، بي إيه ، رايد أوت ، دبليو إم ، شين ، جي سي ، سبروك ، سي إتش & أمبير تساي ، واي سي الميثيل ، الطفرة والسرطان. بيوسيس 14, 33–36 (1992).

Zhu، Y.O.، Siegal، M. L.، Hall، D.W & amp Petrov، D. A. تقديرات دقيقة لمعدل الطفرات والطيف في الخميرة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 111، E2310 – E2318 (2014).

دريك ، ج. ، تشارلزورث ، ب. ، تشارلزورث ، د. & أمبير كرو ، ج. معدلات الطفرات العفوية. علم الوراثة 148, 1667–1686 (1998).

شيتين ، ج. إثبات داروين: جعل علم الأحياء رياضيًا (فينتاج ، 2013).

Levinson، G. & amp Gutman، G.A Slipped-strand mispairing: آلية رئيسية لتطور تسلسل الحمض النووي. مول. بيول. Evol. 4, 203–221 (1987).

Vos، M. لماذا تشارك البكتيريا في إعادة التركيب المتماثل؟ اتجاهات ميكروبيول. 17, 226–232 (2009).

Frost، L. S.، Leplae، R.، Summers، A. O. & amp Toussaint، A. العناصر الوراثية المتنقلة: عوامل تطور المصدر المفتوح. نات. القس ميكروبيول. 3, 722–732 (2005).

إيجن ، م. حول طبيعة أشباه الفيروسات. اتجاهات ميكروبيول. 4, 216–218 (1996).

Canton، B.، Labno، A. & amp Endy، D. صقل وتوحيد الأجزاء والأجهزة البيولوجية الاصطناعية. نات. التكنولوجيا الحيوية. 26, 787 (2008).

جاك ، بي آر وآخرون. توقع الاستقرار الجيني لتسلسلات الحمض النووي المهندسة باستخدام آلة حاسبة EFM. موالفة ACS. بيول. 4, 939–943 (2015).

Sleight، S.C & amp Sauro، H. M. تصور ديناميكيات الاستقرار التطوري واللياقة التنافسية لـ الإشريكية القولونية مصمم بدارات عشوائية متعددة الجينات. موالفة ACS. بيول. 2, 519–528 (2013). كشف هذا العمل تجريبياً عن مبادئ التصميم لتحسين الاستقرار التطوري في الدوائر الوراثية الاصطناعية في الجسم الحي.

حسين ، إيه وآخرون. تصميم آلي لآلاف الأجزاء غير التكرارية لهندسة أنظمة وراثية مستقرة. نات.التكنولوجيا الحيوية. 38, 1466–1475 (2020).

Geng، P.، Leonard، S. P.، Mishler، D.M & amp Barrick، J.E. تعمل دفاعات الجينوم التركيبي ضد عناصر الحمض النووي الأنانية على استقرار البكتيريا المهندسة ضد الفشل التطوري. موالفة ACS. بيول. 8, 521–531 (2019).

Csörgő و B. و Fehér و T. و Tímár و E. و Blattner و F. ميكروب. مصانع الخلايا 11, 11 (2012). هذا العمل هو مثال على هندسة جينوم الكائن المضيف لتقليل معدلات الطفرات العالمية.

Ravikumar ، A. ، Arzumanyan ، G. A. ، Obadi ، M. K. A. ، Javanpour ، A. A. & amp Liu ، C. C. قابل للتطوير ، التطور المستمر للجينات بمعدلات طفرة أعلى من عتبات الخطأ الجيني. زنزانة 175, 1946–1957 (2018). نظام طفرة بلازميد متعامد للتطور الموجه بمعدلات خطأ مرتفعة.

Dymond، J. & amp Boeke، J. The خميرة الخميرة نظام SCRaMbLE وتقليل الجينوم. بيونج. البق 3, 168–171 (2012). نظام تطور محرض يعتمد على الخلط الجيني واسع النطاق في مشروع الخميرة الاصطناعية Sc2.0.

Koonin، E. V.، Makarova، K. S. & amp Aravind، L. نقل الجينات الأفقي في بدائيات النوى: القياس الكمي والتصنيف. Annu. القس ميكروبيول. 55, 709–742 (2001).

Ahnert، S. E. الخصائص الهيكلية لخرائط النمط الجيني والنمط الظاهري. J.R Soc. واجهه المستخدم 14, 20170275 (2017).

Vogt ، G. التباين النمائي العشوائي ، وهو مصدر جيني للتنوع الظاهري مع عواقب بيولوجية بعيدة المدى. J. Biosci. 40, 159–204 (2015).

ستروغاتز ، س. الديناميكيات والفوضى اللاخطية: مع تطبيقات في الفيزياء وعلم الأحياء والكيمياء والهندسة (وستفيو ، 2014).

Ferrada، E. & amp Wagner، A. مقارنة بين خرائط النمط الوراثي للـ RNA والبروتينات. بيوفيز. ج. 102, 1916–1925 (2012).

Aguilar-Rodríguez، J.، Payne، J.L & amp Wagner، A. ألف مناظر طبيعية تكيفية تجريبية وإمكانية التنقل فيها. نات. ايكول. Evol. 1, 0045 (2017).

Savageau، M.A، Coelho، P. M. B. M.، Fasani، R.A، Tolla، D.A & amp Salvador، A. الظواهر والتفاوتات في مساحة تصميم النظم الكيميائية الحيوية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 106, 6435–6440 (2009).

Schaerli، Y. et al. تكشف الدوائر الاصطناعية كيف تقيد آليات شبكات تنظيم الجينات التطور. مول. النظام. بيول. 14, 1–18 (2018). يوضح هذا العمل بشكل تجريبي كيف يمكن للدوائر الجينية ذات الأنماط الظاهرية المتطابقة أن تختلف في مناظر النمط الظاهري الخاصة بها.

باينز ، جي ، وينكلر ، جي دي ، باينز ، إيه ، وأمبير جيل ، آر تي إعادة هيكلة الكود الجيني لزيادة القابلية للتطور. مبيو 8، e01654–17.mBio.01654-17 (2017).

Schaper، S. & amp Louis، A. A. وصول المتكرر: كيف يمكن للتحيز في خرائط النمط الظاهري للنمط الجيني أن يوجه السكان إلى أوبتيما المحلية. بلوس واحد 9، e86635 (2014).

Li، H.، Helling، R.، Tang، C. & amp Wingreen، N. ظهور الهياكل المفضلة في نموذج بسيط لطي البروتين. علم 273, 666–669 (1996).

كارول ، س أجمل أشكال لا نهاية لها 29–36 (Weidenfeld & amp Nicolson ، 2006).

Zhang ، J. التطور عن طريق الازدواجية الجينية: تحديث. اتجاهات Ecol. Evol. 18, 292–298 (2003).

Albert، R.، Jeong، H. & amp Barabási، A.-L. تحمل الخطأ والهجوم لطبيعة الشبكات المعقدة. طبيعة سجية 406, 268–382 (2001).

Tononi، G.، Sporns، O. & amp Edelman، G.M. مقاييس الانحطاط والتكرار في الشبكات البيولوجية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96, 3257–3262 (1999).

Lipson، H. مبادئ نمطية وانتظام وتسلسل هرمي للأنظمة القابلة للتطوير. J. بيول. فيز. تشيم. 2007, 125–128 (2007).

واغنر ، جي ، بافليشيف ، إم ، وأمبير شيفرود ، جي الطريق إلى نمطية. التركيز على Evo-Devo 8, 921–931 (2007).

سيمون ، هـ. أ. إن جوانب علوم النظم (محرر كلير ، ج. ج.) 457-476 (سبرينغر ، 1991).

Kashtan، N. & amp Alon، U. التطور التلقائي للنماذج النمطية والشبكات. PNAS 102, 13773–13778 (2005). يستخدم هذا العمل نماذج حسابية لإظهار كيف يمكن أن تتطور البنى المعيارية القابلة للتطور استجابةً لضغوط الاختيار المتغيرة نمطيًا.

كانيكو ، ك.تطور المتانة للضوضاء والطفرة في ديناميات التعبير الجيني. بلوس واحد 2، e434 (2007).

Bloom، J.D، Labthavikul، S. T.، Otey، C.R & amp Arnold، F.H. استقرار البروتين يعزز قابلية التطور. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 103, 5869–5874 (2006).

Afroz، T. & amp Beisel، C.L. فهم واستغلال التغذية الراجعة في البيولوجيا التركيبية. تشيم. م. علوم. 103, 79–90 (2013).

سيروني ، إف وآخرون. السيطرة على ردود الفعل مدفوعة الأعباء للتعبير الجيني. نات. أساليب 15, 387–393 (2018).

كيلي ، سي إل وآخرون. دوائر ردود الفعل السلبية الاصطناعية باستخدام RNAs الصغيرة المصممة. الدقة الأحماض النووية. 46, 9875–9889 (2018).

Bartoli، V.، Meaker، G. A.، di Bernardo، M. & amp Gorochowski، T.E. نات. كومون. 11, 2095 (2020).

Greco، F. V.، Pandi، A.، Erb، T.J، Grierson، C. S. & amp Gorochowski، T. E. تسخير العقيدة المركزية للتحكم الصارم متعدد المستويات في التعبير الجيني. نات. كومون. 12, 1738 (2021).

أوكي ، إس ك وآخرون. وحدة تحكم عالمية متكاملة في التغذية الراجعة الجزيئية الحيوية من أجل تكيف مثالي قوي. طبيعة سجية 570, 533–537 (2019).

Brakefield ، P.M. Evo-devo والقيود المفروضة على الاختيار. اتجاهات Ecol. Evol. 21, 362–368 (2006).

باين ، ج. ل. ، خالد ، إف ، وأمبير واجنر ، أ. تنظيم الجينات بوساطة الحمض النووي الريبي أقل قابلية للتطور من تنظيم النسخ. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115، E3481 – E3490 (2018).

Gerthart، J. & amp Kirschner، M. نظرية التباين الميسر | PNAS. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 104, 8582–8589 (2007).

Kim، H.، Muñoz، S.، Osuna، P. & amp Gershenson، C. يتنبأ Antifragility بمتانة الشبكات البيولوجية وقابليتها للتطور من خلال تصنيف متعدد الفئات باستخدام شبكة عصبية تلافيفية. غير قادر علي 22, 986 (2020).

Noman، N.، Monjo، T.، Moscato، P. & amp Iba، H. بلوس واحد 10، e0116258 (2015).

كوفمان ، إس إيه إن أصول النظام: التنظيم الذاتي والاختيار في التطور 33-120 (جامعة أكسفورد ، الولايات المتحدة الأمريكية ، 1993). عمل أساسي على المناظر الطبيعية للياقة البدنية في NK يوضح كيف يمكن للخصائص الإحصائية لمناظر اللياقة البدنية أن تقيد التطور.

Dekel، E. & amp Alon، U. الأمثل والضبط التطوري لمستوى التعبير للبروتين. طبيعة سجية 436, 588–592 (2005).

وانير ، تي إم وآخرون. التطور التكيفي المعاد ترميزه جينوميا الإشريكية القولونية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115, 3090–3095 (2018).

Springman، R.، Molineux، I. J.، Duong، C.، Bull، R.J & amp Bull، J.J. موالفة ACS. بيول. 1, 425–430 (2012).

كوروكاوا ، إم ، سينو ، إس ، ماتسودا ، إتش أند ينج ، بي-دبليو. العلاقة بين الحد من الجينوم ونمو البكتيريا. الدقة DNA. 23, 517–525 (2016).

Martínez-García، E.، Nikel، P. I.، Aparicio، T. & amp de Lorenzo، V. الزائفة 2.0: الترقية الجينية P. putida KT2440 كمضيف محسن للتعبير الجيني غير المتجانسة. مجهري. حقيقة الخلية. 13, 159 (2014).

Stieber، D.، Gabant، P. & amp Szpirer، C. Y. فن القتل الانتقائي: أنظمة السموم / مضادات السموم البلازميدية وتطبيقاتها التكنولوجية. التقنيات الحيوية 45, 344–346 (2008).

أومينهوفر ، ك وآخرون. يسمح إلغاء العناصر الوراثية المتنقلة على مستوى الجينوم باستخدام خلط الجينوم و CRISPR / Cas-assisted MAGE بالتثبيت الفعال للهيكل البكتيري. موالفة ACS. بيول. 6, 1471–1483 (2017).

Reuter، J. A.، Spacek، D.V & amp Snyder، M. P. تقنيات التسلسل عالية الإنتاجية. مول. زنزانة 58, 586–597 (2015).

شارون ، إي وآخرون. استنتاج المنطق التنظيمي للجينات من قياسات عالية الإنتاجية لآلاف من المحفزات المصممة بشكل منهجي. نات. التكنولوجيا الحيوية. 30, 521–530 (2012).

جيليوت ، P.-A. & amp Gorochowski، T. E. التسلسل الذي يتيح التصميم والتعلم في البيولوجيا التركيبية. بالعملة. رأي. تشيم. بيول. 58, 54–62 (2020).

سركيسيان ، ك.س وآخرون. مشهد اللياقة البدنية المحلي للبروتين الفلوري الأخضر. طبيعة سجية 533, 397–401 (2016). أول توصيف تجريبي عالي الإنتاجية لمشهد اللياقة (الجزئي) للبروتين.

Nevozhay، D.، Adams، R.M، Itallie، E.V، Bennett، M.R & amp Balázsi، G. رسم خرائط مشهد اللياقة البيئية لدائرة الجينات الاصطناعية. PLOS Comput. بيول. 8، e1002480 (2012).

Cira، N.J.، Pearce، M.T & amp Quake، S.R. ديناميات محايدة وانتقائية في مجتمع ميكروبي اصطناعي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115، E9842 – E9848 (2018).

van Opijnen، T.، Bodi، K. L. & amp Camilli، A. Tn-seq: التسلسل المتوازي عالي الإنتاجية لدراسات اللياقة والتفاعل الجيني في الكائنات الحية الدقيقة. نات. أساليب 6, 767–772 (2009).

Gorochowski، T. E. & amp Ellis، T. تصميم الترجمة الفعالة. نات. التكنولوجيا الحيوية. 36, 934–935 (2018).

Pepperkok، R. & amp Ellenberg، J. الفحص المجهري الفلوري عالي الإنتاجية لبيولوجيا الأنظمة. نات. القس مول. خلية بيول. 7, 690–696 (2006).

جودا ، ك وآخرون. محلل تدفق التصوير أحادي الجسيمات عالي الإنتاجية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 109, 11630–11635 (2012).

ماروتشي ، ل. وآخرون. تصميم الخلية الكاملة بمساعدة الكمبيوتر: اتباع نهج شامل من خلال دمج التخليق مع بيولوجيا الأنظمة. أمام. بيونج. التكنولوجيا الحيوية. 8, 942 (2020).

نيلسن ، إيه إيه ك وآخرون. أتمتة تصميم الدوائر الجينية. علم 352، aac7341 – aac7341 (2016).

ما مدى جودة النماذج الإحصائية في تقريب مناظر اللياقة البدنية المعقدة؟ مول. بيول. Evol. 33, 2454–2468 (2016).

بالمر ، إيه سي وآخرون. تأخر الالتزام بالمصير التطوري في المناظر الطبيعية للياقة البدنية المقاومة للمضادات الحيوية. نات. كومون. 6, 7385 (2015).

Henningsson، R.، Moratorio، G.، Bordería، A. V.، Vignuzzi، M. & amp Fontes، M. DISSEQT - النمذجة القائمة على التوزيع لـ SEQuence space Time dynamics †. تطور الفيروس. 5, 1–14 (2019).

De Visser، J. A. G. M. & amp Krug، J. نات. القس جينيه. 15, 480–490 (2014).

بيل ، جيه وآخرون. الرحلة الطويلة نحو معايير النظم الحيوية الهندسية. ممثل EMBO. 21، e50521 (2020).

شرايبر ، إف وآخرون. مواصفات المعايير في النظم والبيولوجيا التركيبية: الوضع والتطورات في عام 2020. J. Integr. بيوينفورم. 17, 20200022 (2020).

Mozhaev، V. & amp Martinek، K. علاقات استقرار التركيب في البروتينات: مناهج جديدة لتثبيت الإنزيمات. انزيم. ميكروب. تكنول. 6, 50–59 (1984).

Archetti، M. المتانة الجينية والاختيار على مستوى البروتين للكودونات المترادفة. J. Evolut. بيول. 19, 353–365 (2006).

ماكدونالد ، ج. آي وآخرون. نظام قائم على CRISPR / Cas9 قابل للبرمجة للحث على مثيلة الحمض النووي الخاصة بالموقع. بيول. افتح 5, 866–874 (2016).

نيفينا ، إيه وآخرون. مواقع إعادة تركيب الحمض النووي الخاصة بالبنية: التصميم والتحقق من الصحة والتحسين القائم على التعلم الآلي. علوم. حال. 6، eaay2922 (2020).

Romanini، D. W.، Peralta-Yahya، P.، Mondol، V. & amp Cornish، V.W. نظام إعادة تركيب وراثي للتطور الدارويني الاصطناعي في الخميرة. موالفة ACS. بيول. 1, 602–609 (2012).

ريس ، إيه سي وآخرون. القمع المتزامن للجينات البكتيرية المتعددة باستخدام مصفوفات sgRNA طويلة جدًا وغير متكررة. نات. التكنولوجيا الحيوية. 37, 1294–1301 (2019).

أومينهوفر ، ك وآخرون. انخفاض قابلية تطور الإشريكية القولونية MDS42 ، هيكل خلوي بدون IS لتطبيقات البيولوجيا الجزيئية والاصطناعية. ميكروب. مصانع الخلايا 9, 38 (2010).

نرجس ، Á. وآخرون. تعديل CRISPR القائم على التداخل للعناصر الوراثية المتنقلة في البكتيريا. موالفة. بيول. 4، ysz008 (2019).

Le Breton ، Y. ، Mohapatra ، N. P. & amp Haldenwang ، W. G. في الطفرات العشوائية في الجسم الحي العصوية الرقيقة عن طريق استخدام TnYLB-1 ، وهو منقوش قائم على الملاح. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 72, 327–333 (2006).

Greener، A.، Callahan، M. & amp Jerpseth، B. تقنية فعالة للطفرات العشوائية باستخدام بكتريا قولونية سلالة المتحور. طرق مول. بيول. 57, 375–385 (1996).

Badran، A.H & amp Liu، D. R. تطوير بلازميدات طفرات قوية في الجسم الحي مع أطياف طفرة واسعة. نات. كومون. 6, 8425 (2015).

هالبرين ، S. O. وآخرون. تتيح بوليمرات الحمض النووي الموجهة بواسطة كريسبر تنويع جميع النيوكليوتيدات في نافذة قابلة للضبط. طبيعة سجية 560, 248–252 (2018).

Camps، M.، Naukkarinen، J.، Johnson، B.P & amp Loeb، L.A التطور الجيني المستهدف في الإشريكية القولونية باستخدام بوليميراز DNA شديد التعرض للخطأ. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 100, 9727–9732 (2003).

فويتا ، إيه وآخرون. إعادة استخدام نظام CRISPR-Cas9 لمثيلات الحمض النووي المستهدفة. الدقة الأحماض النووية. 44, 5615–5628 (2016).

Hess، G.، Frésard، L.، Han، K.، Lee، C. & amp Bassik، M. التطور الموجه باستخدام طفرة مفرطة جسدية تستهدف dCas9 في خلايا الثدييات. نات. أساليب 13, 1036–1042 (2016).

Tyo ، K. E. J. ، Ajikumar ، P. K. & amp Stephanopoulos ، G. يتيح التكرار الجيني المستقر تعبيرًا عن المسار غير المتغاير على المدى الطويل بدون تحديد. نات. التكنولوجيا الحيوية. 27, 760–765 (2009).

Albert، R. شبكات خالية من النطاق في بيولوجيا الخلية. J. خلية علوم. 118, 4947–4957 (2005).

Park، Y.، Espah Borujeni، A.، Gorochowski، T. E.، Shin، J. & amp Voigt، C. A. تصميم دقيق للدوائر الجينية المستقرة المحمولة في درجة عالية من العزل بكتريا قولونية منصات الهبوط الجينومية. مول. النظام. بيول. 16، e9584 (2020).

Meyer، A. J.، Ellefson، J.W & amp Ellington، A. D. تطوير موجه لمجموعة من المتغيرات المتعامدة T7 RNA polymerase للدوائر الاصطناعية في الجسم الحي أو في المختبر. موالفة ACS. بيول. 4, 1070–1076 (2015).

Kylilis، N.، Tuza، Z.A، Stan، G.-B. & amp Polizzi، K. M. أدوات لهندسة سلوك النظام المنسق في اتحادات الميكروبات الاصطناعية. نات. كومون. 9, 2677 (2018).

وي ، S.-P. وآخرون. تشكيل وتشغيل المقصورات عديمة الأغشية في الإشريكية القولونية. نات. تشيم. بيول. 16, 1143–1148 (2020).

شيانغ ، ن. وآخرون. استخدام البيولوجيا التركيبية للتغلب على الحواجز التي تعترض التعبير المستقر عن النيتروجيناز في العضيات حقيقية النواة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 117, 16537–16545 (2020).

ريتشاردسون ، إس إم وآخرون. تصميم جينوم الخميرة الاصطناعية. علم 355, 1040–1044 (2017).

Steel، H. & amp Papachristodoulou، A. أدوات التحكم في التغذية المرتدة البيولوجية منخفضة العبء للتكيف شبه المثالي. موالفة ACS. بيول. 8, 2212–2219 (2019).

Gorochowski، T. E.، Avcilar-Kucukgoze، I.، Bovenberg، R. A.L، Roubos، J.A & amp Ignatova، Z. نموذج أدنى من ديناميكيات تخصيص الريبوسوم يلتقط المقايضات في التعبير بين الجينات الذاتية والاصطناعية. موالفة ACS. بيول. 5, 710–720 (2016).

Gorochowski، T. E.، Van Den Berg، E.، Kerkman، R.، Roubos، J.A & amp Bovenberg، R.A L. استخدام الأجزاء البيولوجية الاصطناعية والمفاعلات الميكروبية لاستكشاف خصائص التعبير عن البروتين الإشريكية القولونية. موالفة ACS. بيول. 3, 129–139 (2014).

Mittal، P.، Brindle، J.، Stephen، J.، Plotkin، J.B & amp Kudla، G. يؤثر استخدام كودون على اللياقة من خلال سمية الحمض النووي الريبي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115, 8639–8644 (2018).

Abil، Z.، Ellefson، J.W، Gollihar، J.D، Watkins، E. & amp Ellington، A.D. النسخ المتماثل الشريك المقسم للتطور الموجه للأجزاء والدوائر الجينية. نات. بروتوك. 12, 2493–2512 (2017).

يانغ ، جي أند ويذرز ، S. تشيمبيوتشيم 10, 2704–2715 (2009).

سميث ، جي بي ، وأمبير بيترينكو ، في.أ. تشيم. القس. 97, 391–410 (1997).


وظيفة الكود الجيني

تسمح الشفرة الجينية للخلايا باحتواء كمية محيرة للعقل من المعلومات.

ضع في اعتبارك أن خلية البويضة المخصبة المجهرية ، باتباع التعليمات الواردة في الكود الجيني ، يمكن أن تنتج إنسانًا أو فيلًا له شخصية وسلوكيات مماثلة لتلك الخاصة بوالديه. هناك الكثير من المعلومات هناك!

كان تطوير الشفرة الجينية أمرًا حيويًا لأنه سمح للكائنات الحية بإنتاج منتجات ضرورية لبقائها بشكل موثوق - وتمرير تعليمات حول كيفية فعل الشيء نفسه للجيل القادم.

عندما تسعى الخلية إلى التكاثر ، فإن أول ما تفعله هو عمل نسخة من حمضها النووي. هذه هي المرحلة "S" من دورة الخلية ، والتي تعني "توليف" نسخة جديدة من DNA الخلية & # 8217s.

يتم الحفاظ على المعلومات المشفرة في الحمض النووي من خلال الاقتران المحدد لقواعد الحمض النووي مع بعضها البعض. سوف يرتبط الأدينين فقط مع الثايمين ، والسيتوزين مع الجوانين ، إلخ.

هذا يعني أنه عندما تريد الخلية نسخ حمضها النووي ، فكل ما عليها فعله هو جزء من خيطي الحلزون المزدوج وتصطف النيوكليوتيدات التي "تريد" قواعد الحمض النووي الموجودة أن تتزاوج معها.

يضمن هذا الاقتران الأساسي المحدد احتواء حبلا الشريك الجديد على نفس تسلسل الأزواج الأساسية - نفس "الكود" & # 8211 مثل حبلا الشريك القديم. يحتوي كل حلزون مزدوج ناتج على خيط واحد من الحمض النووي القديم مقترنًا بشريط واحد من الحمض النووي الجديد.

ستورث خليتان ابنتان هذه اللولب المزدوج الجديد. عندما يحين وقت تكاثر تلك الخلايا الوليدة ، تعمل كل خصلة من هذه الحلزونات المزدوجة الجديدة كقوالب للحلزون المزدوج الجديد!

عندما يحين الوقت لخلية "لقراءة" التعليمات الواردة في حمضها النووي ، فإنها تستخدم نفس مبدأ الترابط الزوجي المحدد. يشبه الحمض النووي الريبي (RNA) إلى حد بعيد الحمض النووي (DNA) ، وترتبط كل قاعدة من قواعد الحمض النووي الريبي (RNA) على وجه التحديد بقاعدة DNA واحدة. يرتبط اليوراسيل بالأدينين والسيتوزين والجوانين ، إلخ.

هذا يعني أنه ، تمامًا مثل تكرار الحمض النووي ، يتم نقل المعلومات الموجودة في الحمض النووي بدقة إلى الحمض النووي الريبي طالما أن خيط الحمض النووي الريبي الناتج يتكون من القواعد التي ترتبط تحديدًا بالقواعد الموجودة في الحمض النووي.

في بعض الأحيان ، يمكن أن تكون خيوط الحمض النووي الريبي نفسها هي المنتج النهائي. تؤدي الهياكل المصنوعة من الحمض النووي الريبي وظائف مهمة في أنفسنا ، بما في ذلك تجميع البروتينات وتنظيم التعبير الجيني وتحفيز تكوين البروتينات.

في الواقع ، يعتقد بعض العلماء أن الحياة الأولى على الأرض ربما تكونت أساسًا من الحمض النووي الريبي. وذلك لأن الحمض النووي الريبي يمكنه تخزين المعلومات في أزواجها الأساسية تمامًا مثل الحمض النووي ، ولكن يمكنه أيضًا أداء بعض الوظائف الأنزيمية والتنظيمية.

ومع ذلك ، في معظم الحالات ، يتم نسخ الحمض النووي الريبي إلى بروتين. باستخدام "اللبنات الأساسية للحياة" من الأحماض الأمينية ، يمكن لخلايانا بناء آلات بروتينية تقريبًا لأي غرض تقريبًا ، من ألياف العضلات إلى الناقلات العصبية إلى الإنزيمات الهاضمة.

في نسخ البروتين ، يتم "قراءة" أكواد الحمض النووي الريبي (RNA) التي تم نسخها من الحمض النووي بواسطة الريبوسوم. يجد الريبوسوم نقل RNA المناسب (tRNA) مع "الكودونات المضادة" التي تكون مكملة للكودونات في الرنا المرسال (mRNA) التي تم نسخها من الحمض النووي.

تحفز الريبوسومات تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية لأنها "تقرأ" كل كودون في الرنا المرسال. في نهاية العملية ، لديك سلسلة من الأحماض الأمينية كما هو محدد بواسطة الحمض النووي - أي بروتين.

اللبنات الأساسية الأخرى للحياة ، مثل السكريات والدهون ، يتم إنشاؤها بدورها بواسطة البروتينات. وبهذه الطريقة تتحول المعلومات الموجودة في الحمض النووي إلى جميع مواد الحياة باستخدام الشفرة الوراثية!


Aita، T.، Urata، S. and Husimi، Y: 2000، From Amino Acid Landscape to Protein Landscape: Analysis of Genetic Codes in Fitness Landscape، جيه مول. Evol. 50, 313-323.

ألف-شتاينبرجر ، سي: 1969 ، الكود الجيني وانتقال الخطأ ، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 64, 584-591.

أميرنوفين ، ر: 1997 ، تحليل للنظرية الأيضية لأصل الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 44, 473-476.

Amirnovin، R. and Miller، S. L: 1999، Response، جيه مول. Evol. 48, 253-255.

أرديل ، د.H: 1998 ، عند تقليل الخطأ في أصل تسلسلي للكود الجيني القياسي ، جيه مول. Evol. 47, 1-13.

Ardell، D. and Sella، G.: 2001، On the Evolution of Redundancy in Genetic Codes، جيه مول. Evol. 53, 269-281.

Barrell، B.G، Bankier، A. T. and Drouin، J: 1979، A different Genetic Code in Human Mitochondria، طبيعة سجية 282, 189-194.

Bashford، J.D، Tsohantjis، I. and Jarvis، P.D: 1998، A Supersymmetric Model for the Evolution of the Genetic Code، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95, 987-992.

Baumann، U. and Oro، J: 1993، Three Stages in the Evolution of the Genetic Code، الأنظمة الحيوية 29, 133-141.

كريك ، ف.ك .: 1966 ، Codon-Anticodon Pairing: TheWobble Hypothesis، جيه مول. بيول. 19, 548-555.

Crick، F. H. C: 1968، The Origin of the Genetic Code، جيه مول. بيول. 38, 367-379.

كريك ، إف إتش سي ، غريفيث ، جي إس وأورجيل ، إل إي: 1957 ، أكواد بدون فواصل ، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 43, 416-421.

Cullman، G. and Labouygues، J: 1983، Noise Immunity of the Genetic Code، الأنظمة الحيوية 16, 9-29.

Cullman، G. and Labouygues، J: 1987، The Logic of the Genetic Code، رياضيات. نموذج 8, 643-646.

Davies، J.، Gilbert، W. and Gorini، L: 1964، Streptomycin، Suppression and the Code، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 51, 883-890.

ديفيس ، ب.ك .: 1999 ، تطور الكود الجيني ، برنامج Progr. بيوفيز. جزيء. بيول. 72, 157-243.

Davydov ، O: 1996 ، المنطق الداخلي للتشفير الجيني: قواعد ذرة النهاية للتكوين المزدوج ، نشرة ISSOL الإخبارية 23, 12.

Davydov ، O. V: 1998 ، مساهمة الأحماض الأمينية في بنية الشفرة الوراثية: القواعد الكيميائية للذرة النهائية لتكوين مزدوج ، J. Theor. بيول. 193, 679-690.

دي جوليو ، م: 1989 ، الامتداد الذي تم الوصول إليه عن طريق تقليل مسافات القطبية أثناء تطور الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 29, 288-293.

دي جوليو ، م: 1991 ، حول العلاقات بين فرضية التطور المشترك للكود الجيني والفرضية الفيزيوكيميائية ، Z. Naturforsch 46 ج, 305-312.

Di Giulio، M: 1994، The Phylogeny of tRNAs يبدو أنه يؤكد التطور المشترك لأصل الكود الجيني ، الأصل. تطور الحياة. بيوسف. 25, 549-564.

دي جوليو ، م: 1997 ، حول أصل الكود الجيني ، J. Theor. بيول. 187, 573-581.

دي جوليو ، م: 1998 ، العامل التاريخي: العلاقات التركيبية الحيوية بين الأحماض الأمينية وخصائصها الفيزيوكيميائية في أصل الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 46, 615-621.

دي جوليو ، إم: 1999 أ ، نظرية التطور المشترك لأصل الكود الجيني ، J. موليك. Evol. 48, 253-254.

Di Giulio، M: 1999b، The RNAWorld، the Genetic Code and the tRNA Molecule، اتجاهات الجينات. 15, 223-229.

دي جوليو ، م: 2000 ، أصل الشفرة الوراثية وقوة الانتقاء الطبيعي ، J. Theor. بيول. 205, 659-661.

دي جوليو ، إم: 2001 أ ، تجريبية عمياء ضد نظرية التطور المشترك لأصل الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 53, 724-732.

دي جوليو ، م: 2001 ب ، لا يمكن دراسة أصل الكود الجيني باستخدام قياسات تستند إلى مصفوفة PAM لأن هذه المصفوفة تعكس الكود نفسه ، مما يجعل أي تحليلات من هذا القبيل دقيقة ، J. Theor. بيول. 208, 141-144.

Di Giulio، M.، Capobianco، M.R and Medugno M: 1994، On the Optimization of the Physiochemcial مسافة بين الأحماض الأمينية في تطور الكود الجيني ، J. Theor. بيول. 168, 43-51.

Di Giulio، M. and Medugno، M: 1999، Physicochemical Optimization in Genetic Code Origin مع زيادة عدد الأحماض الأمينية المقننة ، J. موليك. Evol. 49, 1-10.

Di Giulio، M. and Medugno، M: 2000، The Robust Statistical Bases of the Coevolution Theory of Genetic Code Origin، J. موليك. Evol. 50, 258-263.

Di Giulio، M. and Medugno، M: 2001، The Level and Landscape of Optimization in the Origin of the Genetic Code، J. موليك. Evol. 52, 372-382.

ديلون ، إل إس: 1973 ، أصول الكود الجيني ، بوتان. القس. 39, 301-345.

إيجن ، م: 1971 ، التنظيم الذاتي للمادة وتطور الجزيئات البيولوجية الكبيرة ، Naturwissenschaften 58, 465-522.

Eigen، M. and Schuster، P: 1979، الدورة المفرطة: مبدأ التنظيم الذاتي الطبيعي، سبرينغر ، نيويورك.

إلينجتون ، إيه دي ، كرابوف ، إم وشو ، سي إيه: 2000 ، مشهد حادث متجمد ، RNA 6, 485-498.

Epstein، C.J .: 1966، Role of the Amino-acid 'Code' and of Selection for Conformation in the Evolution of Proteins، طبيعة سجية 210, 25-28.

Eschenmoser، A.: 1999، المسببات الكيميائية لبنية الأحماض النووية، علم 284, 2118-2124.

Figureau، A: 1987، Information Theory and the Genetic Code، أصل الحياة 17, 439-449.

Figureau، A: 1989، Optimization and the Genetic Code، الأصل. تطور الحياة. بيوسف. 19, 57-67.

Figureau ، A. and Pouzet ، M: 1984 ، الكود الجيني والمقاومة المثلى لتأثير الطفرات ، الأصل. تطور الحياة. بيوسف. 14, 579-588.

فيشر ، ر.أ .: 1930 ، نظرية وراثية للانتقاء الطبيعي، مطبعة جامعة أكسفورد ، أكسفورد.

فيتش ، دبليو إم: 1966 أ ، طريقة محسنة لاختبار التنادد التطوري ، جيه مول. بيول. 16, 9-16.

فيتش ، دبليو إم: 1966 ب ، العلاقة بين تكرارات الأحماض الأمينية و Trinucleotides المرتبة ، جيه مول. بيول. 16, 1-8.

Fitch، W. M. and Upper، K: 1987، The Phylogeny of tRNA Sequences تقدم دليلاً على تقليل الغموض في أصل الكود الجيني ، كولد سبرينج هاربور سيمب. كمية. بيول. 52, 759-767.

Freeland، S.J .: 2002، The Darwinian Code: An Adaptation for Adapting، J. الجنرال بروجر. تتطور. الآلات 3, 113-127.

Freeland، S.J and Hurst، L.D: 1998a، The Genetic Code is one in a Million، جيه مول. Evol. 47, 238-248.

Freeland، S.J and Hurst، L.D: 1998b، Load Minimization of the Code: History doesn't Explain the Pattern، بروك. روي. شركة لوند. ب 265, 2111-2119.

Freeland، S. J.، Knight، R.D and Landweber، L.F: 2000a، Measuring Adaptation within the Genetic Code، اتجاهات Biochem. علوم. 25, 44-45.

فريلاند ، إس جيه ، نايت ، آر دي ، لاندويبر إل إف وهورست ، إل دي: 2000 ب ، التثبيت المبكر للكود الجيني الأمثل ، مول. بيول. Evol. 17, 511-518.

فريدمان ، إس إم ، وينشتاين ، آي بي: 1964 ، نقص الإخلاص في ترجمة الريبولينيوكليوتيدات ، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 52, 988-996.

فريش ، إل (محرر): 1966 ، "الكود الجيني" ، ندوة كولد سبرينج هاربور حول علم الأحياء الكمي، ص 1-747.

جامو ، جي: 1954 ، العلاقة المحتملة بين حمض الديوكسي ريبونوكلييك وتركيبات البروتين ، طبيعة سجية 173, 318.

Gamow، G. and Ycas، M: 1955 ، الارتباط الإحصائي للبروتين وتكوين الحمض النووي الريبي ، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 41, 1011-1019.

جيستلاند ، آر.إف ، وأتكينز ، ج.ف: 1993 ، عالم RNA، كولد سبرينج هاربور ، مطبعة كولد سبرينج هاربور ، نيويورك.

جيستلاند ، آر إف ، تشيك ، تي ، وأتكينز جي إف (محرران): 1999 ، عالم RNA، سلسلة كولد سبرينغ هاربور مونوغراف ، مختبر كولد سبرينغ هاربور ، نيويورك.

Gilis، D.، Massar، S. and Rooman M: 2001، Optimality of the Genetic Code فيما يتعلق باستقرار البروتين وترددات الأحماض الأمينية ، جينوم بيول. 2، بحث 0049.

Goldberg، A.L and R.E Wittes: 1966، Genetic Code: Aspects of Organization، علم 153, 420-424.

غولدمان ، إن.: 1993 ، نتائج إضافية حول تقليل الخطأ في الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 37, 662-664.

Grivell، L.A: 1986، Deciphering Divergent Codes، طبيعة سجية 324, 109-110.

Haig، D. and Hurst، L.D: 1991، A Quantitative Measure of Error Minimization within the Genetic Code، جيه مول. Evol. 33, 412-417.

Haig، D. and Hurst، L.D.: 1999، A Quantitative Measure of Error Minimization in the Genetic Code، جيه مول. Evol. 49, 708.

هارتمان ، هـ: 1975 ، تكهنات حول تطور الكود الجيني ، الأصل. حياة. 6(3), 423-427.

هارتمان ، هـ: 1978 ، تكهنات حول تطور الكود الجيني. الثاني ، الأصل. حياة 9, 133-136.

هارتمان ، هـ.: 1984 ، تكهنات حول تطور الكود الجيني الثالث: تطور t-RNA ، الأصل. حياة 14, 643-648.

هارتمان ، هـ: 1995 أ ، تكهنات حول تطور الكود الجيني الرابع. تطور المواد التركيبية Aminoacyl-tRNA ، الأصل. تطور الحياة. بيوسف. 25, 265-269.

هارتمان ، هـ: 1995 ب ، تكهنات حول أصل الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 40, 541-544.

Hasegawa، M. and Miyata، T: 1980، On the Asymmetry of the Amino Acid Code Table، الأصل. حياة 10, 265-270.

Hayes، B: 1998، The Invention of Genetic Code، عامر. عالم 86, 8-14.

Illangasekare، M. and Yarus، M: 2002، Phenylalanine-bound RNAs and Genetic Code Evolution، جيه مول. Evol. 54, 298-311.

Jimenez-Sanchez: 1995 ، حول أصل وتطور الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 41, 712-716.

جودسون ، أو. وهايدون ، د.: 1999 ، الكود الجيني: ما فائدة ذلك؟ تحليل آثار ضغوط الانتقاء على الكود الجيني ، جيه مول. Evol. 49, 539-550.

جوكس ، T.H: 1981 ، رموز الأحماض الأمينية في الميتوكوندريا كأدلة محتملة للرموز البدائية ، جيه مول. Evol. 18, 15-17.

Kargupta، H.: 2001، A Striking Property of Genetic-like Transformations، كومبل. النظام. 13, 1-32.

كوفمان ، س. أ.: 1993 ، أصول النظام: التنظيم الذاتي والاختيار في التطور ، مطبعة جامعة أكسفورد ، نيويورك.

King، J.L and Jukes، T.H: 1969، Non-Darwinian Evolution، علم 164, 788-798.

Knight، R.D، Freeland، S.J and Landweber، L.F: 1999، Selection، History and Chemistry: The Three Faces of the Genetic Code، اتجاهات Biochem. علوم. 24, 241-247.

Knight، R. D.، Freeland، S. J. and Landweber L.F: 2001a، Rewiring the Keyboard: Evolvability of the Genetic Code، نات. القس جينيه. 2, 49-58.

Knight، R.D، Landweber، L.F and Yarus، M: 2001b، How Mitochondria Redefine the Code، جيه مول. Evol. 53, 299-313.

Knight، R.D، Freeland، S. J. and Landweber L.F .: 2001c، A Simple Model Based on Mutation and Selective Trends in Codon and Amino-acid Usage and GC Composition داخل وعبر الجينومات. جينوم بيول. 2001 2(4) ، RESEARCH0010.

Knight، R.D and Landweber، L.F: 1998، Rhyme or Reason: RNA-arginine Interactions and the Genetic Code، تشيم. بيول. 5، R215-R220.

Knight، R.D and Landweber، L.F: 2000a، The Early Evolution of the Genetic Code، زنزانة 101, 569-572.

Knight، R.D and Landweber، L.F: 2000b، Guilt by Association: The Arginine Case Revisited، RNA 6, 499-510.

Lehman، N. and Jukes، T.H: 1988، Genetic Code Development by Stop Codon Takeover، J. Theor. بيول. 135, 203-214.

Luo، L.F: 1988، The Degeneracy Rule of Genetic Code، الأصل. حياة 18, 65-70.

لو ، إل ف: 1989 ، توزيع الأحماض الأمينية في الكود الجيني ، الأصل. حياة 19, 621-631.

Luo، L.F and Li، X: 2002، Coding Rules for Amino Acids in the Genetic Code: The Genetic Code is a Minimal Code of Mutational Dédioration، الأصل. تطور الحياة. بيوسف. 32, 621-631.

Maeshiro، T. and Kimura، M: 1998، The Role of Robustness and Changeability on the Origea of ​​Genetic Codes and Evolution، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95, 5088-5093.

أوساوا ، س: 1995 ، تطور الكود الجيني، مطبعة جامعة أكسفورد ، أكسفورد.

Osawa، S. and Jukes، T.H: 1989، Codon Reassignment (Codon Capture) in Evolution، جيه مول. Evol. 21, 271-278.

بيس ، سي ، شيرلي ، بي ، مكنوت ، إم ، وجاجيوالا ، ك: 1996 ، القوى المساهمة في الاستقرار التوافقي للبروتينات ، FASEB J. 10, 75-83.

باركر ، ي.: 1989 ، الأخطاء والبدائل في قراءة الكود الجيني العالمي ، ميكروبيول. القس. 55, 273-298.

Petrov، D. and Hartl، D: 1999، Patterns of Substitution in Drosophila and Mammalian Genomes، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96, 1475-1479.

Piccirilli، J.A، Krauch، T.، Moroney S.E and Benner S. A .: 1990، Enzymatic Incorporation of a new Base Pair in DNA and RNA Extended the Genetic Alphabet، طبيعة سجية 343, 33-37.

Ronneberg، T. A.، Landweber، L.F and Freeland، S.J .: 2000، Testing a Biosynthetic Theory of the Genetic Code: Fact or Artifact؟ بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 97, 13690-13695.

Sella، G. and Ardell، D.: 2002، The Impact of Message Mutation on the Fit of a Genetic Code، جيه مول. Evol. 54, 638-651.

Shepherd ، J.C .: 1981 ، الارتباطات الدورية في تسلسل الحمض النووي والأدلة التي تشير إلى أصلها التطوري في رمز وراثي بدون فاصلة ، جيه مول. Evol. 17, 94-102.

Sonneborn ، T.M: 1965 ، الانحطاط في الكود الجيني: المدى ، الطبيعة والآثار الجينية ، تطور الجينات والبروتينات، ف. بريسون وه. ج. فوجل (محرران) ، مطبعة أكاديمية ، نيويورك ولندن.

Sowerby، S.J and Heckl، W.M: 1998، The Role of Self-Collected Monolayers of the Purine and Pyrimidine Bases in the Emergence of Life، الأصل. تطور الحياة. بيوسف. 28, 283-310.

Stahl، G.، McCarty، G. and Farabaugh P.J: 2002، Ribosome Structure: Revisiting the Connection between Translational Accuracy and Unconventional Decoding، اتجاهات Biochem. علوم. 27, 178-183.

سوانسون ، ر: 1984 ، مفهوم موحد لرمز الأحماض الأمينية ، ثور. رياضيات. بيول. 46, 187-203.

Szathmáry، E: 1991a، Codon Swapping كآلية تطورية محتملة ، جيه مول. Evol. 32, 178-182.

Szathmáry ، E: 1991b ، أربعة أحرف في الأبجدية الجينية: أمثل تطورية مجمدة؟ بروك. روي. شركة لوند. ب 245, 91-99.

Szathmáry ، E: 1992 ، ما هو الحجم الأمثل للأبجدية التطورية؟ بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 89, 2614-2618.

Szathmáry، E: 1999، The Origin of the Genetic Code، اتجاهات علم الوراثة 15, 223-229.

Szathmáry، E. and Maynard Smith، J: 1995، The Major Transitions in Evolution، W.H Freeman، Oxford and New York.

Szathmáry، E. and Zintzaras، E: 1992، A Statistical Test of Hypotheses on the Organization and Origin of the Genetic Code، جيه مول. Evol. 35, 185-189.

Tomii ، K. and Kanehisa ، M: 1996 ، تحليل مؤشرات الأحماض الأمينية ومصفوفات الطفرات لمقارنة التسلسل والتنبؤ بهيكل البروتينات ، هندسة البروتين. 9, 27-36.

Topal، M.D and Fresco، J.R: 1976، Complementary Base Pairing and the Origin of Substitution mutations، طبيعة سجية 263, 285-289.

Trifonov، E. and Bettecken، T: 1997، Sequence Fossils، Triplet Expansion، and Reconstruction of Early Codons، الجين 205, 1-6.

Trifonov، E.N .: 2000، Consulate Temporal Order of Amino Acids and Evolution of the Triplet Code، الجين 261, 139-151.

Volkenstein، M. V: 1965، Coding of Polar and Non-Polar Amino Acids، طبيعة سجية 207, 294-295.

Wakeley ، J: 1994 ، تباين معدل الاستبدال بين المواقع وتقدير التحيز الانتقالي ، مول. بيول. Evol. 11, 436-442.

Weber، A.L and Miller، S. L.: 1981، Reasons for the Twenty Coded Protein Amino Acids، جيه مول. Evol. 17, 273-284.

Woese، C.R.: 1965، On the Evolution of the Genetic Code، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 54, 1546-1552.

Woese، C.R: 1973، Evolution of the Genetic Code، Naturwissenschaften 60, 447-459.

Woese، C.R، Dugre، D.H، Saxinger W.C and Dugre S. A .: 1966، On the Fundamental Nature and Evolution of the Genetic Code، كولد سبرينج هاربور سيمب. كمية. بيول. 31, 723-736.

Wong، J. T.F .: 1975، A Co-evolution Theory of the Genetic Code، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 72, 1909-1912.

Wong، J. T.F .: 1976، The Evolution of a Universal Genetic Code، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 73, 2336-2340.

Wong، J. T.-F: 1980، Role of Min Minization of Chemical Distances between Amino Acids in the Evolution of the Genetic Code، بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 77, 1083-1086.

Wong، J.T-F: 1981، Co-Evolution of the Genetic Code and Amino Acid Biosynthesis، اتجاهات Biochem. علوم. 6, 33-35.

Wong، J.T-F: 1988، Evolution of the Genetic Code، ميكروبيول. علوم. 5, 174-181.

وونغ ، ج. و P.M Bronskill: 1979 ، عدم كفاية التخليق ما قبل الحيوي كأصل الأحماض الأمينية البروتينية ، جيه مول. Evol. 13, 115-125.

ياروس ، م: 2000 ، كيمياء RNA-ligand: مصدر قابل للاختبار للكود الجيني ، RNA 6 475-484.

Zuckerkandl، E. and Pauling، L: 1965، الاختلاف التطوري والتقارب في البروتينات. تطور الجينات والبروتينات، ف. بريسون وه. ج. فوجل (محرران) ، مطبعة أكاديمية ، نيويورك ولندن.


شاهد الفيديو: How To Win The $10 Million Evolution Prize? (قد 2022).