Мутагенез эволюция

Применение химического мутагенеза в рассмотренных и некоторых других системах естественного отбора является, наряду с решаемыми важными экспериментальными задачами, новым прямым средством изучения роли мутаций в эволюции. Принципиальное решение общей генетической проблемы значения мутаций в эволюции обещает получить экспериментально не только большую количественную определенность, но также теоретически важные заключения. Созидательное значение естественного отбора проявляется только при наличии дискретной генной организации. [c.33]

Оба направления мутагенеза — основное и индуктивное — ошибочно рассматривать только раздельно. Выдающийся уровень созданного полным квантованием химического поля обеспечивает в генах как основные, так и индуктивные проявления, подобно другим стройным и завершенным материальным нолям. В ходе генетической эволюции каждый из этих компонентов может меняться с известной свободой в отношении к другому. [c.82]

Учитывая важность спонтанных мутаций для эволюции (разд. 7.2.3) и для любых прогнозов биологического будущего человеческого вида, трудно понять, почему этих данных так мало. Наиболее очевидное объяснение состоит в том, что эволюционисты-теоретики обычно не принимают участия в планировании экспериментов по генетике микроорганизмов. Кроме того, изучение спонтанных мутаций в большинстве случаев отнимает намного больше времени, чем эксперименты по индуцированному мутагенезу. Тем не менее кое-какими данными такого рода мы располагаем. Как и предполагалось, аминокислот- [c.192]

Никаких данных о роли трансдукции в эволюции бактерий неизвестно, хотя само существование процесса трансдукции у бактерий твердо установлено. Вместе с тем известно, что в основе некоторых эволюционных изменений у бактерий лежат такие обычные процессы, как мутагенез и отбор. Например, развитие [c.192]

Скрещивание самок без Р-элемента с самцами, несущими Р-элементы, приводит у гибридов к транспозициям Р-элемента, которые наблюдаются только в клетках зародышевого пути. В потомстве таких гибридов обнаруживается достаточно много мутаций, вызванных внедрением элемента. Эги мутации часто приводят к стерильности потомства. Поэтому линии с Р-элементом и без него выглядят как репродуктивно изолированные, по крайней мере частично. Биологическая изоляция играет огромную роль в процессе эволюции. В этом случае она объясняется на молекулярном уровне изоляция линий вызвана активацией транспозиций Р-элемента, присутствующего в одной из них. Механизм активации транспозиций не расшифрован, однако выяснена причина, почему транспозиции Р-элемента ограничены зародышевыми клетками. Оказалось, что только в клетках—предшественниках гамет — осуществляется такой ход сплайсинга транскрипта Р-элемента, который приведет к образованию непрерывной открытой рамки трансляции, кодирующей транспозазу (рис. 120, а). Ограничение транспозиции зародышевыми клетками, по-видимому, имеет определенный смысл, поскольку обеспечивает выживание особей, несущих гаметы, в которых произошли геномные перестройки вследствие транспозиции Р-элемента. Подобный геномный шок , сопровождающийся высокой частотой мутагенеза, может обеспечить большую степень геномной изменчивости, которая послужит материалом для отбора в процессе эволюции. [c.232]

Роль МДГ в экспрессии прилежащих к ним генов, в мутагенезе и в общей эволюции эукариотич. генома м. б. весьма значительной. МДГ-подобные элементы могут включаться в геном вирусов, а с ними, вероятно, переноситься между организмами одного или разных видов. [c.80]

В 1945 г. Шредингер написал книгу Что такое жизнь с точки зрения физики , оказавшую существенное влияние на развитие биофизики и молекулярной биологии. В этой книге внимательно рассмотрено несколько важнейших проблем. Первая из них — термодинамические основы жизни. На первый взгляд имеется решительное противоречие между эволюцией изолированной физической системы к состоянию с максимальной энтропией, т. е. неупорядоченностью (второе начало термодинамики), и биологической эволюцией, идущей от простого к сложному. Шредингер говорил, что организм питается отрицательной энтропие1и>. Это означает, что организмы и биосфера в целом не изолированные, но открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом, и энергие . Неравновесное состояние открытой системы поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Вторая проблема — общие структурные особенности органиа-мов. По словам Шредингера, организм есть апериодический кристалл, т. е. высокоупорядоченная система, подобная твердому телу, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов Это утверждение справедливо для строения организмов, клеток и биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты). Как мы увидим, понятие об апериодическом кристалле важно для рассмотрения явлений жизни на основе теории информации. Третья проблема — соответствие биологических явлений законам квантовой механики. Обсуждая результаты радиобиологических исследований, проведенных Тимофеевым-Ресовским, Циммером и Дельбрюком, Шредингер отмечает, квантовую природу радиационного мутагенеза. В то же время применения квантовой механики в биологии не тривиальны, так как организмы принципиально макроскопичны. Шредингер задает вопрос Почему атомы малы Очевидно, что этот вопрос лишен смысла, если не указано, по сравнению с чем малы атомы. Они малы по сравнению с нашими мерами длины — метром, сантиметром. Но эти меры определяются размерами человеческого тела. Следовательно, говорит Шредингер, вопрос следует переформулировать почему атомы много меньше организмов, иными словами, почему организмы построены из большого числа атомов Действительно, число атомов в наименьшей бактериальной клетке [c.12]

Такого типа мнение было безоговорочно высказано в докладе А. Гольдстейна (1962) на Второй конференции по мутагенезу и в прениях по его докладу. Основанием для подобного тина высказаний служит, по-видимому, универсальность действия проникающего излучения, вызывающего мутации у любых организмов. Эта точка зрения вряд ли может быть принята безоговорочно. Дело в том, что в этом случае совершенно пе учитываются закономерности проникания веществ в клетки, закономерности их транспортировки в организме, развитие защитных механизмов при эволюции организма. Не учитывают при этом и некоторые отличия химического мутагенеза от 1гутагенного действия проникающего излучения. [c.302]

Спонтанный и индуцированный мутагенез у человека обсуждался в гл. 5 более полно мы рассмотрим этот вопрос в связи с влиянием других факторов. Действие отбора будет проанализировано подробно. Отклонение от равновесия Харди—Вайнберга возникает также в результате ассортатив-ности скрещивания. Обсуждение кровнородственных браков и случайных изменений генных частот приведет нас к рассмотрению брачной структуры популяций с более общей точки зрения и подготовит к лучшему пониманию эволюции человека. [c.294]

Разработка методов клонирования и определения последовательности оснований (секвенирования) нуклеиновых кислот положило начало новому этану развития молекулярной биологии. Знание первичной структуры участков генома, выполняющих определенные функции, дало возможность эффективно применить для их исследования целый арсенал новых методов генной инжонер11и. Зти методы (направленный мутагенез, рекомбинация in vitro и др.) позволяют модифицировать участки нуклеотидных последовательностей и исследовать их функции на молекулярном уровне. С их помощью комбинируются участки генетического материала и создаются геномы с совершенно новыми функциями. С другой стороны, эпоха массового секвенирования нуклеотидных последовательностей по-новому ставит две кардинальные проблемы биологии проблему структура-функция и проблему молекулярной эволюции. [c.4]

Мутационная изменчивость, мутации (от лат. ти1аИо — изменение, перемена) вызывают структурные изменения генов и хромосом, ведущие к появлению новых наследственных признаков и свойств организма. Процесс возникновения мутаций называется мутагенезом, который делится на естественный, или спонтанный, и искусственный, или индуцированный. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, в подавляющем большинстве случаев с очень небольшой частотой. Они представляют важнейший источник наследственной изменчивости, тот основной строительный материал , который используется в эволюции организмов. [c.174]

Таким образом, перемещающиеся генетические элементы индуцируют все виды хромосомных перестроек слияние и диссоциацию репликонов, транслокации, делеции, инверсии и дупликации. Вместе с плазмидами и фагами они переносят гены между видами бактерий, подчас весьма отдаленными, и следовательно, играют важную роль в эволюции микроорганизмов. Новые возможности открывает использование мигрирующих элементов в генетическом конструировании. На основе их применения создаются методы транспозонного мутагенеза и генетической инженерии in vivo, существенно ускоряется разработка частной генетики бактерий, имеющих важное промышленное значение (N. Kle kner et al., [c.109]

В первом томе монографии рассмотрены современные методические подходы, используемые в генной и белковой инженерии для создания рекомбинантных ДНК и белков. Вначале обсуждаются основные принципы и методы генной инженерии, включая клонирование ДНК, создание клонотек нуклеотидных последовательностей и систем их экспрессии. Отдельная глава посвящена ПЦР и альтернативным способам амплификации ДНК. Во второй части описаны принципы методов, используемых при реализации двух основных направлений белковой инженерии рационального дизайна и направленной эволюции белковых молекул, в том числе, направленного и случайного мутагенеза, лигиро-вания синтезированных белков, фагового и рибосомного дисплеев и т.п. [c.4]

Исследователи, работающие в области направленной эволюции, изначально используют клонотеки последовательностей, которые, несмотря на случайный характер их создания, охватывают лишь небольшую часть теоретически возможного пространства последовательностей, представляющего набор молекул с аминокислотными остатками (или нуклеотидами) во всевозможных сочетаниях. Поскольку такие клонотеки получают руками экспериментатора, то с их помощью можно конструировать макромолекулы, не встречающиеся в природных условиях. Однако размер полного пространства последовательностей слишком велик, чтобы с ним можно было работать экспериментально. Поэтому в белковой инженерии на практике часто реализуют компромиссный вариант подхода, в котором в качестве исходной последовательности при конструировании нового фермента используют известную последовательность с исследованной пространственной структурой, функциональность которой уже была апробирована в природе. В этом случае на основе имеющихся знаний о структуре и механизмах функционирования активного центра исходного фермента с помощью направленного мутагенеза заменяют конкретные аминокислотные остатки в надежде получить фермент с требуемыми свойствами. Такой подход получил название рационального редизайна. Одним из плодотворных подходов в этом направлении исследований является инженерия белковых поверхностей (pat h engineering), при котором с помощью мутаций изменяют участки полипептидной цепи в окрестностях аминокислотных остатков, сближенных на поверхно- [c.275]

Умение индуцировать мутации в клонированных генах с целью получения мутантных белков лежит в основе белковой инженерии. При этом используют две группы методов, приводящих к разным последствиям на молекулярном уровне. Первая группа основана на случайном мутагенезе, т.е. введении в мутагенизиру-емый участок гена многих мутаций, положение каждой из которых не контролируется исследователем, а ограничивается лишь размером фрагмента нуклеиновой кислоты, в который эти мутации вводятся. Более или менее случайный мутагенез имеет место, в частности, при инкубации нуклеиновых кислот с химическими мутагенами или осуществлении их синтеза с помощью ДНК-полимераз с ослабленной специфичностью в отношении субстра-тов-предшественников. Совокупность этих подходов активно используется при проведении направленной эволюции белковых молекул. Вторая группа методов, получившая название направленного или сайт-специфического мутагенеза, обеспечивает введение мутаций в строго определенные участки нуклеиновых кислот, что позволяет заменять отдельные аминокислотные остатки в кодируемых этими молекулами белках и ферментах. Направленный мутагенез является сердцем (но не мозгом) рационального дизайна и редизайна белковых молекул, к рассмотрению которого мы сейчас переходим. [c.278]

Идеи С. Спигельмана оказались исключительно продуктивными для последующего развития молекулярной биологии и легли в основу одного из ключевых подходов к получению новых белков и ферментов с использованием методов направленной эволюции макромолекул. Однако, в отличие от обсуждавшихся выше классических опытов, разнообразие последовательностей нуклеиновых кислот, которые кодируют белки, эволюционирующие in vitro в такой системе, возникает не спонтанно, а создается исследователем с помощью случайного мутагенеза перед каждым новым раундом отбора белков с требуемыми свойствами. Поэтому эксперименты по направленной эволюции белков начинаются с формирования комбинаторных клонотек случайных последовательностей, которые охватывают определенную часть исследуемого пространства последовательностей. [c.321]

Как уже упоминалось в разделе 3.1.5 первой части книги, повышение концентрации дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и ионов Mg2+ в реакционной смеси приводит к возрастанию числа ошибок амплификации ДНК во время ПЦР. К тем же последствиям ведет замена ионов Mg2+ на ионы Мп2+ или их совместное использование [80]. Для достижения максимального мутагенного эффекта необходимо соблюдать определенное соотношение между концентрациями всех четырех дезоксирибонуклеозидтри-фосфатов в инкубационной смеси [81]. К сожалению, даже в оптимальных условиях замены нуклеотидов в системах такого рода не происходят случайным образом транзиции (замены пурина на пурин и пиримидина на пиримидин) превалируют над трансверсиями (замены пурина на пиримидин и наоборот). Благодаря этому, в результате такого мутагенеза в среднем было обнаружено появление в конкретном участке мутантной полипептидной цепи лишь 5,7 а.о. из 20 теоретически возможных [82]. Следовательно, данный подход в его обычном воплощении не пригоден для создания репрезентативных клонотек нуклеотидных последовательностей, кодирующих все возможные варианты полипептидных цепей, исследуемых методом направленной эволюции. [c.326]

Получение клонотек случайных последовательностей и их направленную эволюцию проводят в два этапа 1) исследуемую последовательность нуклеотидов подвергают случайному мутагенезу и отбору на основании свойств кодируемого этой последовательностью белка, 2) популяцию отобранных последовательностей фрагментируют случайным образом с помощью ДНКазы I а) или методом ПЦР с короткими случайно отжигающимися праймерами (б) и перекрывающиеся фрагменты объединяют друг с другом с помощью ПЦР без праймеров образовавшимися в итоге полноразмерными молекулами ДНК трансформируют компетентные клетки, среди которых проводят отбор по фенотипу на основании свойств исследуемого рекомбинантного белка [c.329]

Генетика соматических клеток позволила перевести исследования спонтанного мутагенеза с хромосомного на генный уровень в прямом эксперименте. Такие эксперименты чрезвычайно важны, учитывая роль генных мутаций как основы новых адаптивных признаков в эволюции вида, а также их значение в селекционной работе. Было установлено, что частота генных мутаций одинакова в соматических и герминальных клетках в расчете на кле- [c.250]

Изучение обмена нуклеиновых кислот представляется принципиально важным в системе подготовки учителей на химико-биологических и биологохимических факультетах пединститутов, так как круг вопросов, которые при этом рассматриваются, далеко выходит за рамки биохимии нуклеиновых кислот и позволяет дать современную трактовку проблемам наследственности, изменчивости, естественного и искусственного мутагенеза, систематики и эволюции. [c.223]

На основе фагового дисплея разработан методический подход, названный направленной эволюцией белков. Последовательности ДНК выделенных в результате биопенинга пептидов или белков, аффинно связывающихся с целевой макромолекулой, подвергают мутагенезу и формируют вторичную фаговую библиотеку, которая содержит разные варианты отобранной на первом этапе последовательности. При анализе созданной вторичной библиотеки слитых фагов можно обнаружить вариант, который связывается с целевой макромолекулой с гораздо большей эффективностью. [c.200]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология