Řízená evoluce - Directed evolution

Nesmí být zaměňována s Řízená evoluce (transhumanismus).
Příklad řízené evoluce ve srovnání s přirozený vývoj. Vnitřní cyklus označuje 3 fáze cyklu řízené evoluce, přičemž přirozený proces je napodobován v závorkách. Vnější kruh ukazuje kroky v typickém experimentu. Červené symboly označují funkční varianty, bledé symboly označují varianty se sníženou funkcí.

Řízená evoluce (DE) je metoda používaná v proteinové inženýrství který napodobuje proces přírodní výběr řídit bílkoviny nebo nukleové kyseliny k uživatelem definovanému cíli.[1] Skládá se z podrobení a gen na iterativní kola mutageneze (vytvoření knihovny variant), výběr (vyjádření těchto variant a izolace členů s požadovanou funkcí) a zesílení (vygenerování šablony pro další kolo). Může to být provedeno in vivo (v živých organismech), nebo in vitro (v buňkách nebo volný v roztoku). Řízená evoluce se používá jak pro proteinové inženýrství jako alternativa k racionálnímu návrhu modifikovaných proteinů, stejně jako studie fundamentálních evoluční principy v kontrolovaném laboratorním prostředí.

Dějiny

Řízená evoluce má svůj počátek v 60. letech[2] s vývojem Molekuly RNA v „Spiegelmanovo monstrum " experiment.[3] Koncept byl rozšířen na vývoj bílkovin prostřednictvím evoluce bakterií pod tlaky selekce, které podporovaly vývoj jediného genu v jeho genomu.[4]

Brzy fágový displej techniky v 80. letech umožňovaly cílení mutací a selekce na jediný protein.[5] To umožnilo výběr vylepšených vazebné proteiny, ale ještě nebyl kompatibilní s výběrem pro katalytickou aktivitu enzymy.[6] Metody pro vývoj enzymů byly vyvinuty v 90. letech a přinesly tuto techniku ​​širšímu vědeckému publiku.[7] Pole se rychle rozšířilo o nové metody pro vytváření knihoven genových variant a pro screening jejich aktivity.[2][8] Vývoj metod řízené evoluce byl poctěn v roce 2018 udělením ceny Nobelova cena za chemii na Frances Arnold pro vývoj enzymů a George Smith a Gregory Winter pro fágový displej.[9]

Zásady

Řízená evoluce je obdobou výstupu na kopecfitness krajina „kde nadmořská výška představuje požadovanou vlastnost. Každé kolo výběru vzorkuje mutanty na všech stranách výchozí šablony (1) a vybere mutanta s nejvyšší výškou, čímž stoupá do kopce. Toto se opakuje, dokud není dosaženo místního vrcholu (2).

Řízená evoluce je napodobeninou cyklu přirozené evoluce v laboratorním prostředí. Evoluce vyžaduje, aby se staly tři věci: variace mezi replikátory, které tato variace způsobuje kondiční rozdíly na které výběr působí, a že tato variace je dědičný. V DE se vyvíjí jediný gen iterativními cykly mutageneze, selekce nebo screeningu a amplifikace.[10] Kola těchto kroků se obvykle opakují, přičemž k dosažení postupného vylepšení se používá nejlepší varianta z jednoho kola jako šablona pro další.

Pravděpodobnost úspěchu v experimentu s řízenou evolucí přímo souvisí s celkovou velikostí knihovny, protože hodnocení více mutantů zvyšuje šance na nalezení jednoho s požadovanými vlastnostmi.[11]

Generování variace

Začíná gen (vlevo) a knihovna variant (vpravo). Bodové mutace měnit jednotlivé nukleotidy. Vkládání a mazání přidat nebo odebrat části DNA. Míchání rekombinuje segmenty dvou (nebo více) podobných genů.
Jak DNA knihovny generováno uživatelem náhodná mutageneze prostor pro ukázkovou sekvenci. Je zobrazena aminokyselina substituovaná do dané polohy. Každá tečka nebo sada propojených teček je jedním členem knihovny. PCR náchylná k chybám náhodně mutuje některé zbytky na jiné aminokyseliny. Alaninové skenování nahrazuje každý zbytek proteinu alaninem jeden po druhém. Sytost stránek nahrazuje každou z 20 možných aminokyselin (nebo některé jejich podskupiny) na jedné pozici, jednu po druhé.

Prvním krokem v provádění cyklu řízené evoluce je vytvoření knihovny variantních genů. The sekvenční prostor pro náhodnou sekvenci je obrovská (10130 možné sekvence pro 100 aminokyselina protein) a extrémně řídce osídlené funkčními proteiny. Ani experimentální,[12] ani přirozené[13][ověření se nezdařilo ] evoluce se někdy může přiblížit vzorkování tolika sekvencí. Přirozená evoluce samozřejmě vzorkuje varianty sekvencí blízkých funkčním proteinovým sekvencím a toto je v DE napodobováno mutagenizací již funkčního genu. Některé výpočty naznačují, že je zcela možné, že pro všechny praktické (tj. Funkční a strukturální) účely byl prostor proteinových sekvencí plně prozkoumány v průběhu vývoje života na Zemi.[13]

Výchozí gen může být mutagenizován náhodně bodové mutace (chemickými mutageny nebo náchylnými k chybám PCR )[14][15] a vkládání a mazání (transpozony).[16] Genová rekombinace lze napodobit pomocí DNA míchání[17][18] několika sekvencí (obvykle s více než 70% sekvenční identitou) skočit do oblastí sekvenčního prostoru mezi zamíchanými rodičovskými geny. Nakonec lze specifické oblasti genu systematicky randomizovat[19] pro cílenější přístup založený na znalostech struktury a funkcí. V závislosti na metodě se vygenerovaná knihovna bude lišit v podíl funkčních variant obsahuje. I když je organismus použit k expresi požadovaného genu, mutagenizací pouze tohoto genu zůstává zbytek genomu organismu stejný a lze jej pro evoluční experiment ignorovat (do té míry, že poskytuje konstantní genetické prostředí).

Detekce rozdílů ve fitness

Většina mutace jsou škodlivé, a proto mají knihovny mutantů většinou varianty se sníženým obsahem aktivita.[20] Proto je vysoká propustnost test je nezbytné pro měření aktivity k nalezení vzácných variant s prospěšnými mutacemi, které zlepšují požadované vlastnosti. Existují dvě hlavní kategorie metody pro izolaci funkčních variant. Výběr systémy přímo spojují funkci bílkovin s přežitím genu, zatímco promítání systémy jednotlivě analyzují každou variantu a umožňují stanovení kvantitativní prahové hodnoty pro třídění varianty nebo populace variant požadované aktivity. Selekci i screening lze provádět v živých buňkách (in vivo evoluce) nebo prováděna přímo na internetu protein nebo RNA bez buněk (in vitro vývoj).[21][22]

V době in vivo evoluce, každá buňka (obvykle bakterie nebo droždí ) je transformovaný s plazmid obsahující jiného člena varianty knihovny. Tímto způsobem se mezi buňkami liší pouze požadovaný gen, přičemž všechny ostatní geny zůstávají stejné. Buňky exprimují protein buď ve své cytoplazma nebo povrch kde lze otestovat jeho funkci. Výhodou tohoto formátu je výběr vlastností v buněčném prostředí, což je užitečné, pokud má být vyvinutý protein nebo RNA použit v živých organismech. Když se provádí bez buněk, DE zahrnuje použití in vitro přepis překlad k produkci proteinů nebo RNA bez obsahu v roztoku nebo rozdělených do umělé mikrokapky. Výhodou této metody je, že je univerzálnější v podmínkách selekce (např. Teplota, rozpouštědlo) a může exprimovat proteiny, které by byly pro buňky toxické. Dále in vitro evoluční experimenty mohou generovat mnohem větší knihovny (až 1015), protože DNA knihovny nemusí být vloženo do buněk (často omezující krok).

Výběr

Výběr pro vazebná aktivita je koncepčně jednoduchý. Cílová molekula je imobilizována na pevném nosiči, přetéká přes ni knihovna variantních proteinů, špatná pojiva jsou odplavena a zbývající vázané varianty jsou izolovány, aby izolovaly své geny.[23] Vazba enzymu na imobilizovanou kovalentní inhibitor byl také použit jako pokus izolovat aktivní katalyzátory. Tento přístup však vybírá pouze jediný katalytický obrat a není dobrým modelem vazby substrátu nebo skutečné reaktivity substrátu. Pokud může být aktivita enzymu nezbytná pro přežití buněk, ať už syntézou životně důležitého metabolitu nebo zničením toxinu, pak přežití buněk je funkcí aktivity enzymu.[24][25] Průchodnost těchto systémů je obecně omezena pouze proměna účinnost buněk. Jsou také levnější a pracovně náročnější než screening, nicméně je obtížné je technicky připravit, mají sklon k artefaktům a neposkytují žádné informace o rozsah činností přítomný v knihovně.

Promítání

Alternativou k výběru je screeningový systém. Každý variantní gen je individuálně vyjádřený a testováno kvantitativně měřit aktivitu (nejčastěji a barevný nebo fluorogenní produkt). Varianty jsou poté seřazeny a experimentátor rozhodne, které varianty budou použity jako šablony pro další kolo DE. Dokonce i ty testy s vysokou propustností mají obvykle nižší pokrytí než metody výběru, ale dávají tu výhodu, že produkují podrobné informace o každé z prověřovaných variant. Tato rozčleněná data lze také použít k charakterizaci distribuce aktivit v knihovnách, což není možné v jednoduchých systémech výběru. Screeningové systémy proto mají výhody, pokud jde o experimentální charakterizaci adaptivní evoluce a fitness krajiny.

Zajištění dědičnosti

An exprimovaný protein může být kovalentně propojený k jeho gen (jako v mRNA, vlevo) nebo s ním rozděleny (buňky nebo umělé oddíly, že jo). Ať tak či onak zajišťuje, že gen lze izolovat na základě aktivity kódovaného proteinu.

Když byly funkční proteiny izolovány, je nutné, aby byly také jejich geny, proto a genotyp-fenotyp odkaz je vyžadován.[24] To může být kovalentní, jako je Zobrazení mRNA Kde mRNA Gen je spojen s proteinem na konci translace puromycinem.[12] Alternativně lze protein a jeho gen lokalizovat kompartmentováním v živých buňkách[26] nebo kapičky emulze.[27] Izolované genové sekvence se poté amplifikují pomocí PCR nebo transformovaných hostitelských bakterií. Jako templát pro další kolo mutageneze lze použít buď jedinou nejlepší sekvenci, nebo soubor sekvencí. Opakované cykly diverzifikace-selekce-amplifikace generují proteinové varianty přizpůsobené použitým selekčním tlakům.

Srovnání s racionálním designem bílkovin

Výhody řízené evoluce

Racionální design bílkoviny se spoléhá na hluboké znalosti o proteinová struktura, stejně jako jeho katalytický mechanismus.[28][29] Specifické změny poté provede místně zaměřená mutageneze ve snaze změnit funkci proteinu. Nevýhodou je, že i když je struktura a mechanismus působení proteinu dobře známa, je stále obtížné předvídat změnu způsobenou mutací. Výhodou DE je tedy to, že není nutné rozumět mechanismu požadované aktivity ani tomu, jak by ji mutace ovlivnily.[30]

Omezení řízené evoluce

Omezení řízené evoluce spočívá v tom, že k měření účinků velkého počtu různých náhodných mutací je vyžadován test s vysokou propustností. To může vyžadovat rozsáhlý výzkum a vývoj, než bude možné jej použít pro řízenou evoluci. Kromě toho jsou takové testy často vysoce specifické pro monitorování konkrétní aktivity a nelze je tedy přenést na nové DE experimenty.[31]

Navíc výběr pro vylepšení testované funkce jednoduše generuje vylepšení testované funkce. Abychom pochopili, jak je těchto zlepšení dosaženo, je třeba měřit vlastnosti vyvíjejícího se enzymu. Zlepšení testované aktivity může být způsobeno zlepšením katalytické aktivity enzymu nebo koncentrace enzymu. Neexistuje také žádná záruka, že vylepšení na jednom substrátu zlepší aktivitu na jiném. To je zvláště důležité, když požadovanou aktivitu nelze přímo prověřit nebo vybrat, a proto se použije substrát „proxy“. DE může vést k evoluční specializaci na proxy, aniž by zlepšil požadovanou aktivitu. V důsledku toho je pro úspěšnou DE nezbytný výběr vhodných screeningových nebo selekčních podmínek.[32]

Rychlost evoluce v experimentu také omezuje užitečnost řízené evoluce. Například vývoj konkrétního fenotypu, i když je teoreticky proveditelný, může nastat v časových měřítcích, která nejsou prakticky proveditelná.[33] Nedávné teoretické přístupy se zaměřily na překonání omezení rychlosti pomocí aplikace protidiabetická jízda techniky ze statistické fyziky, i když to ještě musí být implementováno v experimentu řízené evoluce.[34]

Kombinatorické přístupy

Vyšetřují se kombinované „poloracionální“ přístupy, které by řešily omezení racionálního designu i řízené evoluce.[1][35] Přínosné mutace jsou vzácné, takže je třeba prověřit velké množství náhodných mutantů, aby se našli vylepšené varianty. „Zaměřené knihovny“ se soustředí na randomizaci oblastí, které jsou považovány za bohatší na prospěšné mutace pro krok mutageneze DE. Zaměřená knihovna obsahuje méně variant než tradiční knihovna náhodných mutagenezí, a proto nevyžaduje takový vysoce výkonný screening.

Vytvoření zaměřené knihovny vyžaduje určité znalosti, které zbytky ve struktuře mutovat. Například znalost Aktivní stránky enzymu může umožnit interakci pouze se zbytky, o nichž je známo Podklad být randomizován.[36][37] Alternativně znalost toho, které proteinové oblasti jsou proměnná v přírodě může řídit mutagenezi právě v těchto regionech.[38][39]

Aplikace

Řízená evoluce se často používá pro proteinové inženýrství jako alternativa k racionálnímu designu,[40] ale lze je také použít ke zkoumání základních otázek vývoje enzymů.[41]

Proteinové inženýrství

Jako nástroj pro proteinové inženýrství byl DE nejúspěšnější ve třech oblastech:

  1. Zlepšování stabilita bílkovin pro biotechnologické použití při vysokých teplotách nebo v drsných rozpouštědlech[42][43][44]
  2. Zlepšování vazebná afinita z terapeutické protilátky (Zrání afinity )[45] a činnost de novo navržené enzymy[30]
  3. Změna substrátová specificita existujících enzymů,[46][47][48][49] (často pro použití v průmyslu)[40]

Evoluční studie

Studium přírodních vývoj je tradičně založen na existujících organismech a jejich genech. Výzkum je však zásadně omezen nedostatkem fosilie (a zejména nedostatek starodávná DNA sekvence)[50][51] a neúplné znalosti starověkých podmínek prostředí. Řízená evoluce zkoumá evoluci v kontrolovaném systému genů pro jednotlivce enzymy,[52][53][35] ribozymy[54] a replikátory[55][3] (podobný experimentální evoluce z eukaryoty,[56][57] prokaryoty[58] a viry[59]).

DE umožňuje kontrolu nad selekční tlak, rychlost mutace a životní prostředí (oba abiotické prostředí jako je teplota a biotické prostředí, jako jsou jiné geny v organismu). Kromě toho existuje kompletní záznam všech evolučních intermediálních genů. To umožňuje například podrobná měření evolučních procesů epistáza, vyvíjitelnost, adaptivní omezení[60][61] fitness krajiny,[62] a neutrální sítě.[63]

Adaptivní laboratorní vývoj mikrobiálních proteomů

Přírodní aminokyselina složení proteomy lze změnit globálními kanonickými substitucemi aminokyselin vhodnými nekanonickými protějšky za experimentálně zavedených selektivní tlak. Například byly zkoušeny globální substituce přírodních aminokyselin v celém proteomu fluorovanými analogy Escherichia coli[64] a Bacillus subtilis.[65] Kompletní tryptofan substituce thienopyrrol-alaninem v reakci na 20899 UGG kodony v Escherichia coli bylo v roce 2015 nahlášeno Budisa a Söll.[66] The experimentální evoluce Očekává se, že mikrobiální kmeny s jednoznačnou akomodací další aminokyseliny budou sloužit k rozšíření genetický kód experimentálně.[67] Řízená evoluce se obvykle zaměřuje na konkrétní gen mutageneze a poté prohledá výsledné varianty pro a fenotyp zájmu, často nezávislého na zdatnost účinky, zatímco adaptivní laboratorní evoluce vybírá mnoho genom celoplošné mutace, které přispívají ke zdatnosti aktivně rostoucích kultur.[68]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Lutz S (prosinec 2010). „Kromě směrované evoluce - poloracionální proteinové inženýrství a design“. Aktuální názor na biotechnologie. 21 (6): 734–43. doi:10.1016 / j.copbio.2010.08.011. PMC  2982887. PMID  20869867.
  2. ^ A b Cobb RE, Chao R, Zhao H (květen 2013). „Řízená evoluce: minulost, současnost a budoucnost“. AIChE Journal. 59 (5): 1432–1440. doi:10,1002 / aic.13995. PMC  4344831. PMID  25733775.
  3. ^ A b Mills DR, Peterson RL, Spiegelman S (červenec 1967). „Extracelulární darwinovský experiment s molekulou nukleové kyseliny, která se sama duplikuje“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 58 (1): 217–24. Bibcode:1967PNAS ... 58..217M. doi:10.1073 / pnas.58.1.217. PMC  335620. PMID  5231602.
  4. ^ Hall BG (červenec 1978). „Experimentální vývoj nové enzymatické funkce. II. Vývoj řady funkcí pro odliv enzymu v E. coli“. Genetika. 89 (3): 453–65. PMC  1213848. PMID  97169.
  5. ^ Smith GP (červen 1985). "Filamentous fusion phage: new expression vectors that display cloned antigens on the virion surface". Věda. 228 (4705): 1315–7. Bibcode:1985Sci ... 228.1315S. doi:10.1126 / science.4001944. PMID  4001944.
  6. ^ Chen K, Arnold FH (1991). „Enzymové inženýrství pro nevodná rozpouštědla: náhodná mutageneze ke zvýšení aktivity subtilisinu E v polárních organických médiích“. Bio / technologie. 9 (11): 1073–1077. doi:10.1038 / nbt1191-1073. ISSN  0733-222X. PMID  1367624. S2CID  12380597.
  7. ^ Kim, Eun-Sung (2008-11-27). „Directed Evolution: A Historical Exploration into the Evolutionary Experimental System of Nanobiotechnology, 1965–2006“. Minerva. 46 (4): 463–484. doi:10.1007 / s11024-008-9108-9. ISSN  0026-4695. S2CID  55845851.
  8. ^ Packer MS, Liu DR (červenec 2015). "Metody pro řízenou evoluci proteinů". Recenze přírody. Genetika. 16 (7): 379–94. doi:10.1038 / nrg3927. PMID  26055155. S2CID  205486139.
  9. ^ „Nobelova cena za chemii 2018“. NobelPrize.org. Citováno 2018-10-03.
  10. ^ Voigt CA, Kauffman S, Wang ZG (2000). "Racionální evoluční design: teorie vývoje proteinů in vitro". Evoluční design bílkovin. Pokroky v chemii proteinů. 55. str. 79–160. doi:10.1016 / s0065-3233 (01) 55003-2. ISBN  9780120342556. PMID  11050933.
  11. ^ Dalby PA (srpen 2011). "Strategie a úspěch pro řízenou evoluci enzymů". Aktuální názor na strukturní biologii. 21 (4): 473–80. doi:10.1016 / j.sbi.2011.05.003. PMID  21684150.
  12. ^ A b Lipovsek D, Plückthun A (červenec 2004). "Evoluce proteinu in vitro zobrazením ribozomu a zobrazením mRNA". Journal of Immunological Methods. 290 (1–2): 51–67. doi:10.1016 / j.jim.2004.04.008. PMID  15261571.
  13. ^ A b Dryden DT, Thomson AR, White JH (srpen 2008). „Kolik prostoru proteinové sekvence prozkoumal život na Zemi?“. Journal of the Royal Society, Interface. 5 (25): 953–6. doi:10.1098 / rsif.2008.0085. PMC  2459213. PMID  18426772.
  14. ^ Kuchner O, Arnold FH (prosinec 1997). "Řízený vývoj enzymových katalyzátorů". Trendy v biotechnologii. 15 (12): 523–30. doi:10.1016 / s0167-7799 (97) 01138-4. PMID  9418307.
  15. ^ Sen S, Venkata Dasu V, Mandal B (prosinec 2007). "Vývoj v řízené evoluci pro zlepšení funkcí enzymů". Aplikovaná biochemie a biotechnologie. 143 (3): 212–23. doi:10.1007 / s12010-007-8003-4. PMID  18057449. S2CID  32550018.
  16. ^ Jones DD (květen 2005). „Odstranění tripletových nukleotidů v náhodných pozicích v cílovém genu: tolerance TEM-1 beta-laktamázy k deleci aminokyseliny“. Výzkum nukleových kyselin. 33 (9): e80. doi:10.1093 / nar / gni077. PMC  1129029. PMID  15897323.
  17. ^ Stemmer WP (srpen 1994). "Rychlý vývoj proteinu in vitro přeskupením DNA". Příroda. 370 (6488): 389–91. Bibcode:1994 Natur.370..389S. doi:10.1038 / 370389a0. PMID  8047147. S2CID  4363498.
  18. ^ Crameri A, Raillard SA, Bermudez E, Stemmer WP (leden 1998). „DNA míchání rodiny genů z různých druhů urychluje řízenou evoluci“. Příroda. 391 (6664): 288–91. Bibcode:1998 Natur.391..288C. doi:10.1038/34663. PMID  9440693. S2CID  4352696.
  19. ^ Reetz MT, Carballeira JD (2007). „Iterativní saturační mutageneze (ISM) pro rychlý řízený vývoj funkčních enzymů“. Přírodní protokoly. 2 (4): 891–903. doi:10.1038 / nprot.2007.72. PMID  17446890. S2CID  37361631.
  20. ^ Hartl DL (říjen 2014). „Co se můžeme naučit z fitness krajin?“. Současný názor v mikrobiologii. 21: 51–7. doi:10.1016 / j.mib.2014.08.001. PMC  4254422. PMID  25444121.
  21. ^ Badran AH, Liu DR (únor 2015). „In vivo kontinuální řízená evoluce“. Aktuální názor na chemickou biologii. 24: 1–10. doi:10.1016 / j.cbpa.2014.09.040. PMC  4308500. PMID  25461718.
  22. ^ Kumar A, Singh S (prosinec 2013). "Řízená evoluce: přizpůsobení biokatalyzátorů pro průmyslové aplikace". Kritické recenze v biotechnologii. 33 (4): 365–78. doi:10.3109/07388551.2012.716810. PMID  22985113. S2CID  42821437.
  23. ^ Willats WG (prosinec 2002). "Fágový displej: praktičnost a vyhlídky". Molekulární biologie rostlin. 50 (6): 837–54. doi:10.1023 / A: 1021215516430. PMID  12516857. S2CID  4960676.
  24. ^ A b Leemhuis H, Stein V, Griffiths AD, Hollfelder F (srpen 2005). "Nové genotyp-fenotypové vazby pro řízenou evoluci funkčních proteinů". Aktuální názor na strukturní biologii. 15 (4): 472–8. doi:10.1016 / j.sbi.2005.07.006. PMID  16043338.
  25. ^ Verhoeven KD, Altstadt OC, Savinov SN (březen 2012). „Intracelulární detekce a vývoj site-specific proteáz pomocí systému genetické selekce“. Aplikovaná biochemie a biotechnologie. 166 (5): 1340–54. doi:10.1007 / s12010-011-9522-6. PMID  22270548. S2CID  36583382.
  26. ^ Nguyen AW, Daugherty PS (březen 2005). "Evoluční optimalizace fluorescenčních proteinů pro intracelulární FRET". Přírodní biotechnologie. 23 (3): 355–60. doi:10.1038 / nbt1066. PMID  15696158. S2CID  24202205.
  27. ^ Schaerli Y, Hollfelder F (prosinec 2009). „Potenciál mikrofluidních kapiček voda v oleji v experimentální biologii“. Molekulární biosystémy. 5 (12): 1392–404. doi:10.1039 / b907578j. PMID  20023716.
  28. ^ Marshall SA, Lazar GA, Chirino AJ, Desjarlais JR (březen 2003). "Racionální design a inženýrství terapeutických proteinů". Objev drog dnes. 8 (5): 212–21. doi:10.1016 / s1359-6446 (03) 02610-2. PMID  12634013.
  29. ^ Wilson CJ (27. října 2014). „Racionální design proteinů: vývoj biologických terapeutik nové generace a nanobiotechnologických nástrojů“. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. 7 (3): 330–41. doi:10,1002 / wnan.1310. PMID  25348497.
  30. ^ A b Giger L, Caner S, Obexer R, Kast P, Baker D, Ban N, Hilvert D (srpen 2013). „Vývoj navržené retro-aldolázy vede k úplné aktivní remodelaci místa“. Přírodní chemická biologie. 9 (8): 494–8. doi:10.1038 / nchembio.1276. PMC  3720730. PMID  23748672.
  31. ^ Bornscheuer UT, Pohl M (duben 2001). "Vylepšené biokatalyzátory pomocí řízené evoluce a racionálního designu proteinů". Aktuální názor na chemickou biologii. 5 (2): 137–43. doi:10.1016 / s1367-5931 (00) 00182-4. PMID  11282339.
  32. ^ Arnold, Frances; Georgiou, George (2003). Směrovaná evoluce enzymů: screeningové a selekční metody. Totowa, N.J .: Humana Press. ISBN  9781588292865. OCLC  52400248.
  33. ^ Kaznatcheev, Artem (01.05.2019). „Výpočetní složitost jako nejvyšší omezení vývoje“. Genetika. 212 (1): 245–265. doi:10.1534 / genetika.119.302000. ISSN  0016-6731. PMID  30833289.
  34. ^ Iram, Shamreen; Dolson, Emily; Chiel, Joshua; Pelesko, Julia; Krishnan, Nikhil; Güngör, Özenç; Kuznets-Speck, Benjamin; Deffner, Sebastian; Ilker, Efe; Scott, Jacob G .; Hinczewski, Michael (2020-08-24). „Řízení rychlosti a trajektorie vývoje pomocí kontriabatické jízdy“. Fyzika přírody: 1–8. doi:10.1038 / s41567-020-0989-3. ISSN  1745-2481.
  35. ^ A b Goldsmith M, Tawfik DS (srpen 2012). „Řízená evoluce enzymů: za málo visícím ovocem“. Aktuální názor na strukturní biologii. 22 (4): 406–12. doi:10.1016 / j.sbi.2012.03.010. PMID  22579412.
  36. ^ Chen MM, Snow CD, Vizcarra CL, Mayo SL, Arnold FH (duben 2012). „Srovnání náhodných mutagenezí a poloracionálních knihoven pro zlepšenou hydroxylaci malých alkanů katalyzovanou cytochromem P450 BM3“. Proteinové inženýrství, design a výběr. 25 (4): 171–8. doi:10.1093 / protein / gzs004. PMID  22334757.
  37. ^ Acevedo-Rocha CG, Hoebenreich S, Reetz MT (2014). „Iterativní saturační mutageneze: silný přístup k inženýrství proteinů systematickou simulací darwinovské evoluce“. Vytváření knihovny Directed Evolution. Metody v molekulární biologii. 1179. 103–28. doi:10.1007/978-1-4939-1053-3_7. ISBN  978-1-4939-1052-6. PMID  25055773.
  38. ^ Jochens H, Bornscheuer UT (září 2010). "Přirozená rozmanitost jako vodítko pro cílenou evoluci". ChemBioChem. 11 (13): 1861–6. doi:10.1002 / cbic.201000284. PMID  20680978. S2CID  28333030.
  39. ^ Jochens H, Aerts D, Bornscheuer UT (prosinec 2010). "Termostabilizace esterázy pomocí zaměřené řízené cílené evoluce". Proteinové inženýrství, design a výběr. 23 (12): 903–9. doi:10,1093 / protein / gzq071. PMID  20947674.
  40. ^ A b Turner NJ (srpen 2009). „Řízená evoluce pohání novou generaci biokatalyzátorů“. Přírodní chemická biologie. 5 (8): 567–73. doi:10.1038 / nchembio.203. PMID  19620998.
  41. ^ Romero PA, Arnold FH (prosinec 2009). „Zkoumání krajiny proteinových fitness pomocí řízené evoluce“. Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 10 (12): 866–76. doi:10.1038 / nrm2805. PMC  2997618. PMID  19935669.
  42. ^ Gatti-Lafranconi P, Natalello A, Rehm S, Doglia SM, Pleiss J, Lotti M (leden 2010). „Vývoj stability v enzymu aktivním za studena vyvolává relaxaci specificity a zdůrazňuje vliv substrátu na adaptaci na teplotu“. Journal of Molecular Biology. 395 (1): 155–66. doi:10.1016 / j.jmb.2009.10.026. PMID  19850050.
  43. ^ Zhao H, Arnold FH (leden 1999). "Řízená evoluce převádí subtilisin E na funkční ekvivalent termitázy". Proteinové inženýrství. 12 (1): 47–53. doi:10.1093 / protein / 12.1.47. PMID  10065710.
  44. ^ Favor AH, Llanos CD, Youngblut MD, Bardales JA (2020). „Optimalizace bakteriofágového inženýrství prostřednictvím platformy urychlené evoluce“. Vědecké zprávy. 10 (1): 13981. doi:10.1038 / s41598-020-70841-1. PMC  7438504. PMID  32814789.
  45. ^ Hawkins RE, Russell SJ, Winter G (srpen 1992). "Výběr fágových protilátek vazebnou afinitou. Napodobování afinitního zrání". Journal of Molecular Biology. 226 (3): 889–96. doi:10.1016/0022-2836(92)90639-2. PMID  1507232.
  46. ^ Shaikh FA, Withers SG (duben 2008). "Výuka starých enzymů novým trikům: inženýrství a vývoj glykosidáz a glykosyltransferáz pro lepší syntézu glykosidů". Biochemie a buněčná biologie. 86 (2): 169–77. doi:10.1139 / o07-149. PMID  18443630.
  47. ^ Cheriyan M, Walters MJ, Kang BD, Anzaldi LL, Toone EJ, Fierke CA (listopad 2011). "Cílený vývoj pyruvát aldolázy k rozpoznání acylového substrátu s dlouhým řetězcem". Bioorganická a léčivá chemie. 19 (21): 6447–53. doi:10.1016 / j.bmc.2011.08.056. PMC  3209416. PMID  21944547.
  48. ^ MacBeath G, Kast P, Hilvert D (březen 1998). "Přepracování topologie enzymu řízenou evolucí". Věda. 279 (5358): 1958–61. Bibcode:1998Sci ... 279.1958M. doi:10.1126 / science.279.5358.1958. PMID  9506949.
  49. ^ Toscano MD, Woycechowsky KJ, Hilvert D (2007). "Minimalistický redesign aktivních stránek: výuka starých enzymů nové triky". Angewandte Chemie. 46 (18): 3212–36. doi:10.1002 / anie.200604205. PMID  17450624.
  50. ^ Pääbo S, Poinar H, Serre D, Jaenicke-Despres V, Hebler J, Rohland N, Kuch M, Krause J, Vigilant L, Hofreiter M (2004). "Genetické analýzy ze starověké DNA". Výroční přehled genetiky. 38 (1): 645–79. doi:10.1146 / annurev.genet.37.110801.143214. PMID  15568989.
  51. ^ Höss M, Jaruga P, Zastawny TH, Dizdaroglu M, Pääbo S (duben 1996). „Poškození DNA a získání sekvence DNA ze starodávných tkání“. Výzkum nukleových kyselin. 24 (7): 1304–7. doi:10.1093 / nar / 24.7.1304. PMC  145783. PMID  8614634.
  52. ^ Bloom JD, Arnold FH (červen 2009). „Ve světle řízené evoluce: cesty adaptivní evoluce bílkovin“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 106 Suppl 1 (Supplement_1): 9995–10 000. doi:10.1073 / pnas.0901522106. PMC  2702793. PMID  19528653.
  53. ^ Moses AM, Davidson AR (květen 2011). „In vitro evoluce jde hluboko“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 108 (20): 8071–2. Bibcode:2011PNAS..108,8071 mil. doi:10.1073 / pnas.1104843108. PMC  3100951. PMID  21551096.
  54. ^ Salehi-Ashtiani K, Szostak JW (listopad 2001). „In vitro evoluce naznačuje více původů pro ribozym kladivounů“. Příroda. 414 (6859): 82–4. Bibcode:2001 Natur.414 ... 82S. doi:10.1038/35102081. PMID  11689947. S2CID  4401483.
  55. ^ Sumper M, Luce R (leden 1975). „Důkazy pro de novo produkci samoreplikujících se a ekologicky přizpůsobených struktur RNA pomocí bakteriofága Qbeta replikázy“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 72 (1): 162–6. Bibcode:1975PNAS ... 72..162S. doi:10.1073 / pnas.72.1.162. PMC  432262. PMID  1054493.
  56. ^ Marden JH, Wolf MR, Weber KE (listopad 1997). "Letecký výkon Drosophila melanogaster z populací vybraných pro schopnost letu proti větru". The Journal of Experimental Biology. 200 (Pt 21): 2747–55. PMID  9418031.
  57. ^ Ratcliff WC, Denison RF, Borrello M, Travisano M (leden 2012). „Experimentální vývoj mnohobuněčnosti“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 109 (5): 1595–600. Bibcode:2012PNAS..109.1595R. doi:10.1073 / pnas.1115323109. PMC  3277146. PMID  22307617.
  58. ^ Barrick JE, Yu DS, Yoon SH, Jeong H, Oh TK, Schneider D, Lenski RE, Kim JF (říjen 2009). „Evoluce a adaptace genomu v dlouhodobém experimentu s Escherichia coli“. Příroda. 461 (7268): 1243–7. Bibcode:2009 Natur.461.1243B. doi:10.1038 / nature08480. PMID  19838166. S2CID  4330305.
  59. ^ Heineman RH, Molineux IJ, Bull JJ (srpen 2005). „Evoluční robustnost optimálního fenotypu: opětovný vývoj lýzy v bakteriofágu odstraněný pro jeho lysinový gen“. Journal of Molecular Evolution. 61 (2): 181–91. Bibcode:2005JMolE..61..181H. doi:10.1007 / s00239-004-0304-4. PMID  16096681. S2CID  31230414.
  60. ^ Steinberg B, Ostermeier M (leden 2016). „Změny prostředí překlenují evoluční údolí“. Vědecké zálohy. 2 (1): e1500921. Bibcode:2016SciA .... 2E0921S. doi:10.1126 / sciadv.1500921. PMC  4737206. PMID  26844293.
  61. ^ Arnold FH, Wintrode PL, Miyazaki K, Gershenson A (únor 2001). "Jak se enzymy přizpůsobují: poučení z řízené evoluce". Trendy v biochemických vědách. 26 (2): 100–6. doi:10.1016 / s0968-0004 (00) 01755-2. PMID  11166567.
  62. ^ Aita T, Hamamatsu N, Nomiya Y, Uchiyama H, Shibanaka Y, Husimi Y (červenec 2002). „Geodetické průzkumy místní kondice proteinu s epistatickými místy pro studium řízené evoluce“. Biopolymery. 64 (2): 95–105. doi:10,1002 / bip.10126. PMID  11979520.
  63. ^ Bloom JD, Raval A, Wilke CO (leden 2007). "Termodynamika vývoje neutrálního proteinu". Genetika. 175 (1): 255–66. doi:10.1534 / genetika.10.06.061754. PMC  1775007. PMID  17110496.
  64. ^ Bacher, J. M .; Ellington, A. D. (2001). „Výběr a charakterizace variant Escherichia coli schopných růstu na jinak toxickém analogu tryptofanu“. Journal of Bacteriology. 183 (18): 5414–5425. doi:10.1128 / jb.183.18.5414-5425.2001. PMC  95426. PMID  11514527.
  65. ^ Wong, J. T. (1983). „Členská mutace genetického kódu: ztráta kondice tryptofanem“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 80 (20): 6303–6306. Bibcode:1983PNAS ... 80,6303W. doi:10.1073 / pnas.80.20.6303. PMC  394285. PMID  6413975.
  66. ^ Hoesl, M. G .; Oehm, S .; Durkin, P .; Darmon, E .; Peil, L .; Aerni, H.-R .; Rappsilber, J .; Rinehart, J .; Leach, D .; Söll, D .; Budisa, N. (2015). „Chemický vývoj bakteriálního proteomu“. Angewandte Chemie International Edition. 54 (34): 10030–10034. doi:10,1002 / anie.201502868. PMC  4782924. PMID  26136259.NIHMSID: NIHMS711205
  67. ^ Agostini, F .; Völler, J-S .; Koksch, B .; Acevedo-Rocha, C. G .; Kubyshkin, V .; Budisa, N. (2017). „Biokatalýza s nepřirozenými aminokyselinami: Enzymologie splňuje xenobiologii“. Angewandte Chemie International Edition. 56 (33): 9680–9703. doi:10.1002 / anie.201610129. PMID  28085996.
  68. ^ Sandberg, T. E.; Salazar, M. J .; Weng, L. L .; Palsson, B. O .; Kubyshkin, V .; Feist, A. M. (2019). „Vznik adaptivní laboratorní evoluce jako účinného nástroje pro biologický objev a průmyslovou biotechnologii“. Metab Eng. 56: 1–16. doi:10.1016 / j.ymben.2019.08.004. PMC  6944292. PMID  31401242.

externí odkazy