Edward Trifonov - Edward Trifonov

Edward Nikolajevič Trifonov
Edward N. Trifonov – profile office photo.jpg
narozený31. března 1937 (1937-03-31) (stáří83)
Leningrad, SSSR
Národnostizraelský
Alma materMoskevský institut fyziky a technologie
Známý jakoPeriodicita DNA, DNA zakřivení, nukleosom polohování, proteinová struktura, molekulární evoluce
Vědecká kariéra
PoleBioinformatika, genomika, molekulární biofyzika, proteomika
InstituceMoskevský institut fyziky a technologie
Ústav atomové energie I. V. Kurchatova
Weizmann Institute of Science
University of Haifa
Doktorský poradceJurij Semenovič Lazurkin
DoktorandiJaime Lagunez

Edward Nikolajevič Trifonov (hebrejština: אדוארד טריפונוב‎, ruština: Эдуapд Тpифoнoв; b. 31.03.1937) je izraelský rodák z Ruska molekulární biofyzik a zakladatel Izraele bioinformatika. Ve svém výzkumu se specializuje na rozpoznávání vzorů slabého signálu v biologické sekvence a je známý svými neortodoxními vědeckými metodami.

Objevil periodicitu 3-bp a 10-bp v sekvencích DNA, stejně jako pravidla určující zakřivení DNA molekuly a jejich ohýbání uvnitř nukleosomy. Trifonov představil několik nových kódů v biologických sekvencích a modulárních struktura proteinů. Navrhl abiogenní teorie původu života a molekulární evoluce od svobodných nukleotidy a aminokyseliny do současnosti DNA a proteinové sekvence.

Životopis

Trifonov se narodil v Leningradu (nyní Petrohrad ), SSSR v roce 1937. Byl vychován jeho matkou Rivou a jeho nevlastním otcem Nikolayem Nikolajevičem Trifonovem. Ve školních letech se o něj začal zajímat lék a fyzika.[1] V důsledku toho šel studovat biofyzika v Moskvě. Vědeckou kariéru zahájil v SSSR. V roce 1976 vytvořil aliyah (přistěhoval jako Žid) na Izrael.[2] Jeho vzor je Gregor Mendel.[1][3]

Vzdělání a vědecká kariéra

S refuseniks a Andrej Sacharov před 1976

Trifonov promoval[4] v biofyzice z Moskevský institut fyziky a technologie v roce 1961 a titul PhD získal v molekulární biofyzika tam pracoval v roce 1970. V letech 1961–1964 pracoval jako výzkumný pracovník na Moskevském fyzikálně-technickém institutu. Poté přešel na biologické oddělení Ústav atomové energie I. V. Kurchatova v Moskvě, kde pobýval do roku 1975. Po přistěhovalectví do Izraele nastoupil na Katedru výzkumu polymerů v Weizmann Institute of Science jako docent. Působil zde v letech 1976 až 1991, poté přešel na katedru strukturní biologie jako řádný profesor v roce 1992. Byl jmenován profesorem emeritní v roce 2003. V té době byl také vedoucím Centra pro strukturu a vývoj genomu v Ústavu molekulárních věd v Palo Alto, Kalifornie (1992–1995).

Trifonov byl vedoucím Centra rozmanitosti genomu v Evolučním institutu v University of Haifa v Izraeli od roku 2002 a profesor na Masarykova univerzita v Brno, Česká republika od roku 2007.

Členství v učených společnostech

  • SSSR Biochemical Society (1970)
  • Izraelský národní výbor pro CODATA (1987)
  • International Society of Molecular Evolution (1993)
  • Mezinárodní společnost pro genovou terapii a molekulární biologii (1997)

Redakční a poradní sbory

  • Editor, sekce mikrobiologie a biochemie v ruštině „Biologické souhrny“ (1970–1975)
  • Editor, Journal of Biomolecular Structure and Dynamics (1988–1995)
  • Redakční rada a pomocný redaktor, Journal of Molecular Evolution (1993–2004)
  • Akademická rada College of Judea and Samaria (Kedumim –Ariel, West Bank) (1994–1999)
  • Redakční rada Genová terapie a molekulární biologie (od roku 1997)
  • Redakční rada OMICS, Journal of Integrative Biology (od roku 2006)
  • Redakční poradní výbor, Biomolekulární struktura a dynamika (od roku 2010)

Výzkum

Na začátku své vědecké kariéry studoval Trifonov charakteristiky DNA pomocí biofyzikální metody. Po svém přesídlení do Izraele v roce 1976 přešel na bioinformatika, a založil první výzkumnou skupinu pro tuto disciplínu v zemi.[5] Je známý svými inovativními pohledy do světa biologické sekvence.[6]

Výzkumné oblasti

Periodicita v biologických sekvencích

Trifonov propagoval aplikaci zpracování digitálních signálů techniky k biologickým sekvencím. V roce 1980 on a Joel Sussman použitý autokorelace analyzovat chromatin DNA sekvence.[7] Byli první, kdo objevil dva periodické vzory v sekvencích DNA, a to 3 bp a periodicita 10-11 bp (10,4).[8]

Struktura chromatinu

Od začátku svého izraelského vědeckého období studoval Trifonov chromatin struktura,[9] zkoumání toho, jak jsou určité segmenty DNA zabaleny uvnitř buněk v tzv. komplexech protein-DNA nukleosomy. V nukleosomu se DNA točí kolem histon proteinová složka. Princip tohoto vinutí (a tedy pravidla určující polohy nukleosomů) nebyl na začátku 80. let 20. století znám modely bylo navrženo.[10] Mezi ně patří

  • Model „závěsu“: Předpokládalo se, že molekula DNA je tuhá tyčovitá struktura přerušená ostrými zlomy (až 90 °), přičemž přímé segmenty jsou násobkem 10bp dlouho.
  • „Izotropní“ model: molekula DNA je ohnuta hladce podél své délky, se stejným úhlem mezi dvěma základní páry.
  • Model „mini-kinks“: Podobný jako u modelu závěsu, ale s hladšími zalomeními každých 5bp.

Trifonov podpořil koncept plynulého ohýbání DNA.[11] Navrhoval však, aby úhly mezi základní páry nejsou stejné, ale jejich velikost závisí na konkrétních sousedních párech bází, čímž se zavádí „anizotropní“ nebo „klínový“ model.

Tento model byl založen na práci Trifonova a Joel Sussman kdo ukázal[12] v roce 1980, že některé z dinukleotidů (nukleotid dimery ) jsou často umístěny v pravidelné (periodické) vzdálenosti od sebe v chromatinové DNA. To byl průlomový objev[12] zahájení hledání sekvence vzory v DNA chromatinu. Poukázali také na to, že tyto dinukleotidy se opakovaly se stejným obdobím, v jakém byly odhadovány hřiště (délka jedné repetice šroubovice DNA) chromatinové DNA (10.4bp ).

Trifonov tedy ve svém klínovém modelu předpokládal, že každá kombinace sousedních párů bází tvoří určitou úhel (specifické pro tyto páry bází). Tuto funkci nazval zakřivením.[13] Kromě toho navrhl, že kromě zakřivení může být každý krok párů bází deformován v různém rozsahu tak, aby byl vázán na histonový oktamer a nazval to ohnutím.[14] Tyto dva rysy DNA přítomné v nukleosomech - zakřivení a ohýbání byly nyní považovány za hlavní faktory hrající roli v umístění nukleosomu.[15]:41 Periodicita dalších dinukleotidů byla potvrzena později Alexander Bolshoy a spolupracovníky.[16] A konečně, ideální sekvence nukleosomální DNA byla odvozena v roce 2009 Gabdankem, Barashem a Trifonovem.[17] Navrhovaná sekvence CGRAAATTTYCG (R znamená a purin: A nebo G, Y pro a pyrimidin: C nebo T) vyjadřuje preferenční pořadí dinukleotidů v sekvenci nukleosomální DNA. Někteří vědci však tyto závěry zpochybňují.[18]

Další otázkou úzce související se strukturou chromatinu, na kterou se Trifonov snažil odpovědět, byla délka helikálního opakování (obratu) DNA v nukleosomech.[15]:42 Je známo, že ve volné DNA (tj. DNA, která není součástí nukleosomu) se šroubovice DNA zkroutí o 360 ° na přibližně 10,5bp. V roce 1979 Trifonov a Thomas Bettecken odhadovaný[19] délka opakování nukleosomální DNA je 10,33–10,4bp. Tato hodnota byla nakonec potvrzena a upřesněna na 10,4bp s krystalografické analýza v roce 2006.[20]

Více genetických kódů

Obhájci Trifonov[21]:4 představa, že biologické sekvence nést mnoho kódy na rozdíl od obecně uznávaného genetický kód (kódování aminokyseliny objednat). Byl také prvním, kdo demonstroval[22] že v souboru je přítomno více kódů DNA. Poukazuje na to, že i tzv nekódující DNA má funkci, tj. obsahuje kódy, i když odlišné od tripletový kód.

Trifonov to uznává[21]:5–10 konkrétní kódy v DNA, RNA a bílkoviny:

  1. v sekvencích DNA
    chromatinový kód (Trifonov 1980 )
    je soubor pravidel odpovědných za umístění nukleosomů.
  2. v sekvencích RNA
    Překladový kód RNA na protein (tripletový kód )
    Každý triplet v sekvenci RNA odpovídá (je přeloženo ) na konkrétní aminokyselina.
    spojovací kód
    je kód odpovědný za Sestřih RNA; stále špatně identifikován.
    rámovací kód (Trifonov 1987 )
    The konsensuální sekvence z mRNA je (GCU)n který je komplementární k (xxC)n v ribozomy.
    Udržuje správnost čtecí rámec v době mRNA překlad.
    kód pozastavení překladu (Makhoul & Trifonov 2002 )
    Klastry vzácných kodony jsou umístěny ve vzdálenosti 150 bp od sebe navzájem.
    The překlad čas těchto kodonů je delší než jejich synonymní protějšky, které zpomalují proces translace a tak poskytují čas pro nově syntetizovaný segment proteinu složit správně.
  3. v proteinových sekvencích
    skládací kód bílkovin (Berezovskij, Grosberg a Trifonov 2000 )
    Proteiny se skládají z modulů.
    Nově syntetizovaný protein je skládán modul po modulu, nikoli jako celek.
  4. rychlé adaptační kódy (Trifonov 1989 )
  5. kódy evoluční minulosti
    binární kód (Trifonov 2006 )
    První starodávné kodony byly GGC a GCC, ze kterých byly ostatní kodony odvozeny řadou bodové mutace. V dnešní době jej můžeme v moderních genech vidět jako „mini-geny“ obsahující a purin ve střední poloze v kodonech střídajících se se segmenty majícími a pyrimidin uprostřed nukleotidy.
    kód segmentace genomu (Kolker & Trifonov 1995 )
    Methioniny mají tendenci se vyskytovat každých 400 bps v moderních sekvencích DNA jako výsledek fúze starověkých nezávislých sekvencí.

Kódy se mohou překrývat[21]:10 navzájem tak, že lze identifikovat až 4 různé kódy v jedné sekvenci DNA (konkrétně sekvenci zapojenou do a nukleosom ). Podle Trifonova ještě zbývá objevit další kódy.

Modulární struktura proteinů

Trifonovova koncepce protein moduly se snaží řešit otázky proteinů vývoj a skládání bílkovin. V roce 2000 studoval Trifonov s Berezovským a Grosbergem[23] proteinové sekvence a pokusil se identifikovat jednoduché sekvenční prvky v proteinech. Předpokládali, že strukturálně různorodé uzavřené smyčky 25–30 aminokyselinové zbytky jsou univerzálními stavebními kameny proteinových záhybů.

Spekulovali, že na začátku vývoj, byly krátké polypeptidové řetězce který později vytvořil tyto uzavřené smyčky. Předpokládali[24] že struktura smyček poskytovala sekvenci větší stabilitu, a proto byla v evoluci upřednostňována. Moderní proteiny jsou pravděpodobně skupina uzavřených smyček tavený spolu.

Ke sledování vývoje sekvencí představili Trifonov a Zakharia Frenkel[25][26] koncept protein sekvenční prostor na základě proteinových modulů. Je to síť uspořádání posloupnosti fragmenty o délce 20 aminokyseliny získané ze sbírky plně sekvenované genomy. Každý fragment je reprezentován jako uzel. Dva fragmenty s určitou úrovní vzájemné podobnosti jsou spojeny hranou. Tento přístup by měl umožnit určit funkce necharakterizovaných proteinů.

Modularita proteinů by také mohla dát odpověď na Levinthalův paradox, tj. otázka, jak se může proteinová sekvence složit ve velmi krátkém čase.[27]

Molekulární evoluce a vznik života

V roce 1996 Thomas Bettecken Němec genetik všiml[28]:108 že většina z nemoci spojené s expanzí tripletů lze připsat pouze dvěma tripletům: GCU a GCC, zbytek jsou jejich obměny nebo doplňkové protějšky. O tomto zjištění diskutoval s Trifonovem, svým přítelem a kolegou. Trifonov dříve objevil (GCU)n být skrytý mRNA konsensuální sekvence. Kombinace těchto dvou faktů je tedy vedla k myšlence, že (GCU)n může odrážet starodávný vzorec mRNA sekvence.

První trojčata

Vzhledem k tomu, že GCU a GCC se jeví jako nejrozšiřitelnější (nebo nejagresivnější) trojčata, Trifonov a Bettecken vyvodili, že by to mohli být první dva kodony. Jejich schopnost rychle expandovat ve srovnání s jinými trojčaty by jim poskytla evoluční výhoda.[29]:123 Singl bodové mutace z těchto dvou by vzniklo dalších 14 trojic.

Konsenzuální časové pořadí aminokyselin

Po podezření z prvních dvou trojčat přemýšleli o tom aminokyseliny se objevil první, nebo obecněji v jakém pořadí všechny proteinogenní aminokyseliny vynořil se. K řešení této otázky se uchýlili[28]:108 na tři, podle nich nejpřirozenější hypotézy:

  1. Nejčasnější aminokyseliny byly chemicky nejjednodušší.
  2. Byli by přítomni mezi produkty z Miller – Ureyův experiment.
  3. Byli by spojeni s tou starší ze dvou známých tříd aminoacyl-tRNA syntetázy.

Později Trifonov shromáždil dokonce 101 kritérií[21]:123 pro pořadí aminokyselin. Každé kritérium může být reprezentováno jako vektor o délce 20 (pro 20 bazických aminokyselin). Trifonov nad nimi zprůměroval a získal navrhované časové pořadí vzniku aminokyselin, glycin a alanin být první dva.

Výsledky a předpovědi

Trifonov tyto koncepty dále rozpracoval a navrhl[28]:110–115 tyto pojmy:

  • Evoluční tabulka tripletový kód.
  • Glycin -obsah proteinu lze použít jako měřítko příslušného věku proteinu (Glycine hodiny ).[30]
  • Proteiny jsou složeny z krátkých oligopeptidů odvozených z dávných sekvencí oligoalaniny nebo oligoglyciny (tedy dvě „abecedy“).
  • Tyto dvě abecedy se liší podle typu nukleotid ve středních pozicích v rámci trojic (puriny nebo pyrimidiny ) poskytnou nám „binární kód“, který lze použít pro přesnější analýzy příbuznosti proteinů.

Definice života

Část Trifonovovy práce na molekulární evoluce je jeho cílem najít stručné informace definice života. Sbíral[31] 123 definic jiných autorů. Místo toho, aby se zabýval logickými nebo filozofickými argumenty, analyzoval slovní zásobu současných definic. Přístupem blízkým Analýza hlavních komponent, odvodil definici konsensu: "Život je sebereprodukcí s variacemi". Tato práce získala několik kritických komentářů.[32]

Výzkumné techniky a přístupy

Složitost jazykové sekvence

Další informace: Složitost jazykové sekvence

Složitost jazykové sekvence[33] (LC) je opatření zavedené Trifonovem v roce 1990. Používá se pro analýzy a charakterizaci biologické sekvence. LC sekvence je definována jako „bohatost“ její slovní zásoby, tj. Kolik různých podřetězců určité délky je v sekvenci přítomno.

Terminologie

Zakřivení DNA vs. ohýbání DNA

Trifonov přísně rozlišuje[15]:47 mezi dvěma pojmy:

zakřivení
vlastnost zdarma DNA který má křivočarý tvar kvůli malým rozdílům v úhlech mezi sousedními základní páry
ohýbání
deformace DNA v důsledku vazby na proteiny (např. na histonový oktamer )

Obě tyto funkce jsou řízeny konkrétním Sekvence DNA.

(Více) Genetické kódy

Zatímco vědecká komunita jednoho uznává genetický kód,[21]:4 Trifonov propaguje myšlenku více genetických kódů. Zasazuje se o opakující se události objevu dalšího „druhého“ genetického kódu.

Vyznamenání

Citace

  1. ^ A b Česká televize 2011.
  2. ^ Rozhraní časopis 1999.
  3. ^ IL GSGM 2010.
  4. ^ Trifonov: CV.
  5. ^ Interface Magazine 1999.
  6. ^ Cena ISBCB za významné členství.
  7. ^ Trifonov & Sussman 1980.
  8. ^ Vaidyanathan & Yoon 2004 a Poptsova 2014, str. 128
  9. ^ Trifonov: Publikace.
  10. ^ Zhurkin, Lysov & Ivanov 1979, str. 1081.
  11. ^ Trifonov 1980, str. 4041.
  12. ^ A b Trifonov & Sussman 1980 citováno v Cui & Zhurkin 2010, str. 822
  13. ^ Trifonov & Sussman 1980 a Trifonov 1980 citováno v Cui & Zhurkin 2010, str. 822 a Trifonov 2011b, str. 41
  14. ^ Ohyama 2001, str. 708.
  15. ^ A b C Trifonov 2011b.
  16. ^ Bolshoy et al. 1991 citováno v Pérez-Martín, Rojo & de Lorenzo 1994, str. 268
  17. ^ Gabdank, Barash a Trifonov 2009 citováno v Trifonov 2011b, str. 46
  18. ^ Travers 2011, str. 54.
  19. ^ Trifonov & Bettecken 1979 citováno v Trifonov 2011b, str. 42
  20. ^ Cohanim, Trifonov a Kashi 2006 citováno v Trifonov 2011b, str. 42
  21. ^ A b C d E Trifonov 2008a.
  22. ^ Trifonov 1980 citováno v Trifonov 2008, str. 4
  23. ^ Berezovskij, Grosberg a Trifonov 2000.
  24. ^ Trifonov & Berezovsky 2003.
  25. ^ Frenkel & Trifonov 2007.
  26. ^ Frenkel & Trifonov 2008.
  27. ^ Berezovskij a Trifonov 2002.
  28. ^ A b C Trifonov 2006.
  29. ^ Trifonov 2008b.
  30. ^ Trifonov 1999.
  31. ^ Trifonov 2011a.
  32. ^ Zimmer 2012
    Szostak 2012
    Di Mauro 2012
    Koonin 2012
    Mittal 2012
    Sarma 2012
  33. ^ Trifonov 1990 citováno v Troyanskaya et al. 2002, str. 680
  34. ^ Cena ISBCB za významné členství
    Zpráva 11. sympozia ISBCB
    Domovská stránka ISBCB

Reference

Knihy

  • Trifonov, Edward N. (2006). „Teorie rané molekulární evoluce: předpovědi a potvrzení“. V Eisenhaber, Frank (ed.). Objevování biomolekulárních mechanismů s výpočetní biologií. Springer. ISBN  978-0-387-34527-7. Citováno 22. března 2012.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Trifonov, Edward N. (2008a). "Kódy biosekvencí". V Barbieri, Marcello (ed.). Kódy života. Biosemiotika. 1. Springer (publikováno 2008). s. 3–14. doi:10.1007/978-1-4020-6340-4_1. ISBN  978-1-4020-6339-8.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Poptsova, Maria S. (2014). Poptsova, Maria S. (ed.). Analýza genomu: současné postupy a aplikace. Norfolk: Caister Academic Press. ISBN  9781908230294.

Vědecké práce

Vědecké práce - primární zdroje

Časopisy

Média

Webové stránky

externí odkazy