Magyar Tudomány, 2007/09 1199. o.

Tanulmány



Az evolúció mint kvantitatív

és kísérleti tudomány1


Venetianer Pál


az MTA rendes tagja

MTA Szegedi Biológiai Központ

venetianer brc.hu


Biztosan kevés olyan élettudományokkal foglalkozó ember él a világon, aki kétségbe vonná, hogy Charles Darwin volt minden idk legjelentsebb, legnagyobb biológusa, és az evolúciós elmélete a biológia legalapvetbb paradigmája. Ahogy Theodosius Dobzhansky aforisztikus tömörséggel megfogalmazta: „Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”.2 Ettl a véleménytl az sem tántoríthat el bennünket, hogy a világ vezet tudományos nagyhatalmában, az USA-ban több mint nyolcvan évvel a hírhedt daytoni majomper után, még mindig vitatható, hogy szabad-e tanítani az evolúciót az iskolákban; a lakosság többsége elutasítja a darwinizmust, ragaszkodik a bibliai teremtéstörténet szó szerinti értelmezéséhez.

Mivel nálunk szerencsére nem ez a helyzet, és az idei Tudomány Hónapjának f témája lett az evolúció, eladásomban szeretném e témának két fontos, modern aspektusát megtárgyalni. Mieltt azonban erre rátérnék, nagyon vázlatosan áttekinteném a darwini elmélet alakulásának sorsát, legfbb fázisait az elmúlt másfél évszázad során. A két f mben megfogalmazott darwini elmélet, Daniel Dennett kitn könyvének címe szerint: „Darwin veszélyes ideája” lényegében változatlanul élte túl ezt a másfél évszázadot, szinte teljes egészében helyesnek bizonyult annak ellenére, hogy tökéletesen hiányzott genetikai megalapozottsága, hiszen Darwinnak fogalma sem lehetett az átöröklés törvényszerségeirl. Nézpont kérdése, hogy ezt az elmélet súlyos hiányosságának tekintjük, vagy éppen azért csodáljuk zsenialitását, hogy ennek ellenére megállt a lábán.

Mindenesetre alapvet fordulatnak tekinthetjük a tizenkilencedik és huszadik század fordulóján Gregor Mendel törvényeinek újrafelfedezését, a tudományos genetika megszületését és kialakulását, amely szilárd alapozást adott a darwini megsejtéseknek. Ennek azonban volt egy negatív hatása is. Megersítvén az átöröklés konzervatív mechanizmusát, megnehezítette az éllények változékonyságának magyarázatát, és bizonyos fokig visszavetette a darwini elmélet elfogadottságát. Az ortodox neodarwinizmus – William Bateson vezetésével – tagadta a kis, fokozatos változások szerepét az evolúcióban. A huszadik század harmincas éveiben azonban J. B. S. Haldane, Ronald Fischer, Sewall Wright és mások a populációgenetika eredményeire támaszkodva szilárd matematikai megalapozást adtak a darwini elméletnek, majd kialakult az új darwini szintézis. A következ fázis az öröklési anyag szerkezetének megismerése, a molekuláris biológia kialakulása és a mutáció fogalmának kémiai megalapozása, majd – elssorban John Maynard-Smithnek köszönheten – a molekuláris biológia szemléletének és eredményeinek integrálása az evolúció elméletébe.

És ezzel elértünk a jelenhez, eladásom tulajdonképpeni tárgyához. Azt ígértem bevezetésként, hogy korunk evolúciós paradigmájának két aspektusáról fogok beszélni.

Az els: hogyan vált az evolúció kutatása kvalitatívból kvantitatív tudománnyá, más – divatosabb - szavakkal: hogyan vált analogikusból digitálissá. Mit jelent ez? Egészen a közelmúltig az evolúciós elméletet megalapozó empirikus tényanyag a különböz él és fosszilis formák összehasonlítása volt. A hasonlóságok alapján készültek leszármazási sorok, állapítottak meg rokonsági viszonyokat, azaz a módszer per deficinionem analogikus volt. A digitális kor a molekuláris evolúció fogalmának Linus Pauling és Emile Zuckerkandl által történt bevezetésével kezddött el a múlt század hatvanas éveiben (Zuckerkandl – Pauling, 1965).

A homológ fehérjék aminosavsorrendjének összehasonlítása már nem analogikus, hanem digitális, hiszen az aminosav-különbségek megszámlálhatóak. Megszületett az „evolúció molekuláris órája” koncepció, amelynek értelmében, egy adott fehérjére nézve az evolúció során keletkezett és megmaradó mutációk felhalmozódása az idben egyenletes. Ez azt jelenti, hogy a különböz fajok homológ fehérjéinek összehasonlítása nemcsak a rokonsági fok meghatározására, hanem legközelebbi közös sük földtörténeti korának, a vizsgált fajok leszármazási vonala szétválási idejének meghatározására is alkalmas.

A hetvenes évek végével a tisztán fehérjeszekvenciák összehasonlításán alapuló megfontolásokat egyre jobban egészíti ki, st szorítja ki a génszekvenciákon alapuló evolúciókutatás. Pontosabban: kiszorításról nem beszélhetünk, hiszen a génszekvenciák és az általuk kódolt fehérjeszekvenciák összehasonlítása újabb információ forrása, lehetséget nyújt arra, hogy a mutációk között elkülönítsük a semleges, káros, illetve adaptív, azaz elnyös mutációkat.

A molekuláris evolúciókutatás harmadik korszaka 1995-tel, az els teljes genomszekvencia meghatározásával kezddött el.

2006. áprilisban 96 Eukaryota, 28 Archaea és 470 Eubacteria faj teljes genomszekvenciája volt ismert, de az adat természetesen elavult, hiszen ez a szám napról napra n. Ennek köszönheten ma már lehetséges a teljes genomok összehasonlításán alapuló törzsfák készítése is.

Egy ilyen törzsfát mutat az 1. ábra, amely mintegy a kvantitatív evolúciókutatás jelenlegi csúcsteljesítményének tekinthet, ugyanis ezt a törzsfát a jelenleg elérhet valamennyi teljes genomszekvencia alapján, tisztán számítógépes módszerrel készítették el, minden szubjektív ítélet, illetve elzetes ismeret kikapcsolásával (Ciccarelli et al., 2006).

A teljes genomok felhasználásával készült törzsfa azért jelents eredmény, mert a korábbi, egyes génszekvenciákon alapuló törzsfák különböz, itt nem részletezhet okok miatt gyakran egymásnak, illetve a hagyományos, paleontológiai leletek alapján készült törzsfáknak ellentmondó eredményeket adtak. A gerincesek mitokondriális genomja például 13 fehérjét kódoló gént tartalmaz, az ezek bármelyike alapján készült törzsfák ellentmondásosak, ha azonban mind a tizenhármat figyelembe veszik, akkor robusztus, ellentmondásmentes és a hagyományos adatokkal egybevágó törzsfa készíthet.

A molekuláris evolúciós módszer fölényére néhány példát szeretnék említeni.

A „hagyományos”, paleontológiai leleteken alapuló szemlélet néhány évtizeddel ezeltt az ember elválását az emberszabású majmoktól 20–25 millió évvel ezelttre tette. A molekuláris adatok alapján azonban erre mindössze 5–7 millió év adódott. Ennek hatására újravizsgálták a korábbi eredményeket, és ma általánosan elfogadott, hogy az utóbbi érték a helyes. A hagyományos rendszertan szerint a vízilovak a párosujjú patások rendjébe tartoznak, legközelebbi rokonaik a disznófélék. A molekuláris adatok ezt a besorolást már évtizedek óta kétségbe vonják. Ezek szerint a víziló a cetfélék rokona, azokhoz közelebb áll, mint a disznókhoz. 2005-ben olyan fosszilis leletek kerültek el, amelyek egyértelmen alátámasztják ezt a besorolást, azaz a vízilófélék cetszer söktl való származását.

A harmadik példa: az egész élvilág felosztásában alapvet újdonságot jelentett, amikor Carl Woese molekuláris elemzése kimutatta, hogy a korábban baktériumnak tekintett mikroorganizmusok egyik csoportja, amelyeket ma Archeaáknak nevezünk, alapveten különbözik a baktériumoktól, s az Eukarioták és a Prokarioták mellett az élvilág harmadik önálló nagy birodalmát reprezentálja (Pace et al., 1986).

Azt az ismeretet is a molekuláris elemzésnek köszönhetjük, hogy a korábban ismert mikroorganizmusok a ma él mikrobáknak csak egy töredékét reprezentálják. Ezeknek nagy részét ugyanis nem tudjuk tenyészteni, és ezért a hagyományos biológia számára nem léteztek. Molekuláris eszközökkel azonban genomjuk, génjeik megismerhetk, tehát Bolyai Jánossal elmondhatjuk, hogy a molekuláris biológia a semmibl egy új világot teremtett, és ennek a világnak fel tudja tárni rokonsági, leszármazási viszonyait is.

A kép persze nem volna teljes, ha nem beszélnénk a molekuláris evolúciókutatás nehézségeirl, problémáiról. Ezek közül néhányat említenék.

A „molekuláris óra” léte minden molekuláris alapú evolúciós idpontmeghatározás alapja. Biztosra vehet, hogy ez a feltételezés – vagyis az az állítás, hogy a nukleotid-, illetve aminosavszubsztituciók az idben egyenletesen halmozódnak fel, az óra egyenletesen ketyeg, tehát a különbségek száma egyenesen arányos a két faj legközelebbi közös sének korával – nem mindig igaz. Ez igen nagy hibákat okozhat a korbecsléseknél.

A különbségek kialakulásánál szokás feltételezni, hogy azok a lehet legegyszerbb módon alakultak ki, azaz összeszámolják, hogy minimálisan hány mutációs esemény vezethetett az észlelt különbség kialakulásához. A valóságban ennél lényegesen több mutáció is történhetett, akár oda-vissza mutációk révén, akár úgy, hogy egy adott ponton nem egy, hanem több mutációs esemény révén alakult ki az észlelt különbség. E hiba becslésére vannak módszerek, de ezek csak közelít átlagok.

Különösen a mikroorganizmusok világában nagy szerepet játszhat a „horizontális géntranszfer”, azaz fajok közötti, nem leszármazás útján történ génátvitel. Ennek kiszrésére is vannak módszerek, de – különösen távoli rokonok, azaz igen hosszú evolúciós idk esetében elég megbízhatatlanok.

Mindezen hibák és bizonytalanságok ellenére talán nem tekinthet elfogultságnak, a molekuláris biológus szakmai ggjének, ha azt mondom: hála a molekuláris elemzési módszereknek, a biológiai evolúció kutatása ma kvantitatív módszereken és számítógépes programokon alapuló egzakt tudománynak tekinthet, vagy legalábbis rohamléptekkel halad afelé, hogy nemsokára azzá váljon.

A második problémakör, amelyet eladásomban tárgyalni szeretnék: hogyan vált az evolúció kutatása kísérletek tárgyává:

A magasabb rend, soksejt éllények generációs ideje túl hosszú ahhoz, hogy velük ilyen kísérleteket lehessen végezni. A mikrobiológiai genetika fejldése azonban, immár több évtizede, erre is kínál lehetségeket. Tudomásom szerint az els ilyen típusú kísérleteket Brian S. Hartley és munkatársai végezték el a múlt század hetvenes éveiben (Rigby et al., 1974). Abból indultak ki, hogy a vizsgált baktériumnak egy tápanyag, az arabitol lebontásához szükséges kulcsenzimje, ezerszer kisebb aktivitással ugyan, de képes a természetben el nem forduló tápanyaganalógot, a xilitolt is bontani. A baktériumot tehát tartósan, sok ezer nemzedéken át kizárólag xilitol jelenlétében tenyésztették, abban a reményben, hogy az alkalmazkodni fog, és az enzim xilitolt bontó képessége megjavul. Valóban, hosszabb id elteltével a kultúra növekedése gyorsabbá vált, javult a xilitolt hasznosító képesség. A molekuláris elemzés azonban kiderítette, hogy az enzim szerkezete nem változott, viszont az enzimet kódoló gén megkettzdött, és mindkét génpéldány mködése megntt, azaz a szabályozás változott meg. A kísérletet úgy értelmezték, hogy a valódi evolúciónak csak a kezdeti lépését sikerült modellezni a génduplikációval, ami az elfeltétele annak, hogy a gén egyik példányában felhalmozódhassanak új, adaptív mutációk. Ez azonban a kisélet során még nem következett be. Hozzá kell ehhez tenni, hogy ebben az idben pontmutációk keletkezését DNS-szinten még nem is lehetett volna kimutatni. Ma már ez lehetséges, és természetesen ilyenek bven keletkeznek is. Különösen meggyz ilyen modellkísérletet végzett Tairo Oshima japán kutató (Akanuma et al., 1998).

A mezofil (azaz 37 fokon optimálisan növekv) Bacillus subtilis leucinszintézis kulcsenzimjének génjét átvitték egy termofil baktériumba, amelybl ezt a gént elzleg eltávolították. Ez a baktérium 56 fokon még tudott nni leucin nélkül, 60 fokon és afölött azonban nem. Mutagenezissel és a hmérséklet fokozatos növelésével sikerült elállítaniuk egy olyan új törzset, amely 70 fokon is képes volt nni. A mutáns gén három helyen különbözött az eredetitl, és az általa kódolt enzim tisztítva is hstabilnak mutatkozott.

Egy másik érdekes kísérletben 10 000 generáción át (mintegy négy évig) folyamatosan tenyésztett baktériumkultúrában elemezték a létrejött változásokat a teljes genom genetikai ujjlenyomatának elemzésével (ez nem észleli a pontmutációkat, csak a nagyobb átrendezdéseket), és megállapították, hogy ennyi id után gyakorlatilag minden egyed genetikai ujjlenyomata jelentsen eltért egymástól és a kiindulásul szolgáló stl, viszont egynéhány kulcsmutáció az stl eltér ugyan, de szinte minden leszármazottban benne van. Feltételezésük szerint ezek lehetnek az adaptív mutációk (Papadopoulos et al., 1999).

Egy harmadik kísérletet a közelmúltban élesztvel végezték. Az élesztben – hosszú idn át való tenyésztéssel – olyan új variánsokat szelektáltak (többet egymástól függetlenül), amelyek az snél gyorsabban voltak képesek a tápanyagváltáshoz alkalmazkodni (glukózról galaktózra). A – hangsúlyozom, hogy független – mutánsokat térképezték és szekvenálták, és megállapították, hogy mindegyik a galaktóz-represszor génjében található. Ha ezeket a mutáns géneket bevitték a kiinduló, vad típusú törzsbe, akkor azok is mutatták az adaptív fenotípust (Segre et al., 2006).

Egy negyedik – szintén élesztvel végzett – kísérletben 2000 generáción át tenyésztve a sejteket szkös glukózellátással, olyan mutánst izoláltak, amelynek 70 %-kal ntt az életképessége (növekedési rátája) a kiinduló sejthez képest (Zeyl, 2005). Itt nem volt pontos térképezés és szekvenálás, de a genetikai elemzés azt mutatta, hogy ez az igen nagymérték alkalmazkodás legalább két és legfeljebb öt mutáció eredménye. Ugyanennek a szerznek a számításai szerint a valóban adaptív mutációk létrejöttének frekvenciája 1/1011 osztódás. Nem csoda tehát, ha magasabbrendeknél ez kísérletileg nem vizsgálható.

Olyan evolúciós kísérlet azonban végezhet, ahol létez polimorfizmusok elfordulási gyakoriságát vizsgálják eltér körülmények között.

A muslicában például a természetes populációk mintegy 70 %-a „barangoló” típus, azaz lárváik sokat mászkálnak táplálék után, ha több helyen találnak táplálékot, egyikrl a másikra vándorolnak. A 30 %-nyi „üldögélk” ellenben kevesebbet mozognak, és csak akkor hagyják ott az egyik táplálékot a másik kedvéért, ha már teljesen elfogyasztották. Nos, Marla B. Sokolowski ezer nemzedéken át tenyésztette a muslicákat, úgy, hogy minden nemzedékben azonosan tartotta a népsrséget. Ha ez alacsony volt, azaz relatív táplálékbség uralkodott, akkor az üldögélk szaporodtak fel a populációban, míg magas népsrség, azaz viszonylagos táplálékínség esetében a barangolók (Sokolowski, 2001).

Egy másik lehetséges kísérleti megközelítés: az in vitro molekuláris evolúció. Ennek az irányzatnak se az a zseniálisan újszer kísérlet, amelyet Sol Spiegelmann végzett el a hatvanas évek közepén (Mills et al., 1967). Egy fág genetikai anyagát – ebben az esetben ez RNS volt – replikáltatta kémcsben, enzimatikusan, és szelektált a természetesnél gyorsabban, hatékonyabban másolódott variánsokat. Ezt a példát sokáig nem követték, azonban a kilencvenes évektl az in vitro molekuláris evolúció széles körben, szinte rutinszeren alkalmazott laboratóriumi technikává vált.

Az elv egyik lehetséges alkalmazása: aránylag kis tagszámú polimerek, például RNS-ek vagy peptidek teljesen véletlenszer halmazának elállítása, majd valamilyen szelekciós eljárással a kívánt tulajdonságú variáns izolálása, szaporítása, végül az eljárás ismétlése, esetleg több ciklusban.

Ezzel a módszerrel sikerült például egy RNS hasításra képes RNS-molekulából (ribozimból) DNS-t hasító variánst elállítani.

Ezek a kísérletek, persze – noha vezethetnek gyakorlatilag fontos molekulák elállításához –, nagyon kevéssé tekinthetk a valódi evolúció modelljének.

Ehhez közelebb áll az a – nagyon fontos – megközelítésmód, amely izolált gének evolúcióját vizsgálja kémcsben, olyan módszerrel, amelynek három lényeges lépése modellál három valódi evolúciós folyamatot. Ezek a lépések: 1. Véletlenszer pontmutációk generálása; 2. Véletlenszer rekombináció elidézése a mutáns DNS-molekulák között (shuffling); 3. A kívánt tulajdonságú fehérjét kódoló génvariánsok szelekciója (vagy szrése).

Ez a kísérleti irányzat már több mint egy évtizede produkál érdekes eredményeket, a mi laboratóriumunk is foglalkozik vele. A következ táblázatok ezen vizsgálatok eredményeibl adnak ízelítt a teljesség igénye nélkül. Errl már csak ezért sem lehet szó, mert nagyon sok ilyen munkát kifejezetten gyakorlati célból, ipari kutatók végeznek, és ezek jó része publikálatlan.

Az ilyen típusú in vitro evolúciós kísérletek elvégzésének három szempontból van jelentsége. 1. Abból, hogy milyen típusú mutációk eredményezik a kívánt tulajdonságváltozásokat, fontos következtetéseket lehet levonni az enzimek hatásmechanizmusára, specifitását, stabilitását, fontos tulajdonságait megszabó molekuláris tényezkre vonatkozóan, vagyis ezek a korszer molekuláris biológiai kutatások fontos eszközei. Ilyen okokból végeztük mi is kísérleteinket: hogy megismerjük a vizsgált enzim szekvenciafelismer képességének molekuláris tényezit. 2. Az in vitro evolúciós kísérletek alkalmasak jelents gyakorlati fontosságú eredmények, hasznos, a természetesnél alkalmasabb, elnyösebb tulajdonságú enzimek elállítására. Az ábrák számos ilyen példát illusztrálnak, de érdemes megemlíteni, hogy in vitro evolúciós technikákkal sikerült azonosítani olyan mutáns enzimet is, amely a természetben biztosan el nem forduló hasznos aktivitással rendelkezik, nevezetesen, ártalmatlan komponensekre képes elbontani az atrazin nev szintetikus gyomirtó szer molekuláját. 3. Jelen témánk szempontjából különösen fontos, hogy e kísérletek jelents tanulságokkal szolgálhatnak az evolúció tanulmányozói számára is. Noha nyilvánvaló, hogy a természetes evolúció objektumai nem molekulák, hanem – a ‘hanem’ itt nem egyértelm, a biológusok vitatják, hogy a faj, a populáció vagy az egyed az, de nyilvánvalóan nem izolált gének. Ennek ellenére lehet evolúciós tanulságokat levonni a molekuláris evolúciós kísérletekbl is, mint ezt a következ példa mutatja.

Ebben a kísérletben az antibiotikum-rezisztenciáért felels beta-laktamázban idéztek el mutációkat, és szelektáltak egy öt pontmutációt tartalmazó mutáns enzimet, amely a vad típusnál 100 ezerszer magasabb rezisztenciát mutatott a cefotaxim szintetikus antibiotikummal szemben. Elvileg ez az öt mutáció százhúsz különböz úton, százhúsz lehetséges evolúciós pályán jöhetne létre. A kutatók azonban, miután szintetikus, tervezett módon elállították az öt mutációnak mind a harminckét lehetséges kombinációját, és megmérték azok rezisztenciáját, kimutatták, hogy e százhúsz elvileg lehetséges út közül százkett kizárható, mert lépéseik egyenként nem növelik a darwini értelemben vett „fitness”-t, és a maradék tizennyolc közül is többnek elhanyagolhatóan csekély a fixációs valószínsége.

Mint az ábra mutatja, a százhúsz közül mindössze tíz út tekinthet gyakorlatilag járhatónak (Weinreich et al., 2006).

Eladásomat egy idézettel kezdtem, azzal is szeretném befejezni. Ez azonban nem egy kortárstól származik, hanem közel négyszáz éves. Annál csodálatraméltóbb, hogy Francis Bacon – 1620-ban – milyen pontosan megjósolta, hogy milyen lehet a kísérleti evolúciókutatás: „For once a nature has been observed in its variations, and the reason for it has been made clear, it will be an easy matter to bring that matter by art to the point it reached by chance.”1


Kulcsszavak: evolúció, darwinizmus, in vitro evolúció, genomszekvenciák, molekuláris óra, mutáció


Irodalom

Akanuma, Satoshi – Yamagishi, A. – Tanaka, N. – Oshima, T. (1998): Serial Increase in the Thermal Stability of 3–Isopropylmalate Dehydrogenase from Bacillus Subtilis by Experimental Evolution. Protein Science. 7, 698–705.

Ciccarelli, Francesca D. – Doerks, T. – Von Mering, C. – Creevey, C. J. – Snel, B. – Bork, P. (2006): Toward Automatic Reconstruction of a Highly Resolved Tree of Life. Science. 311, 1283–1287.

Mills, Donald R. – Peterson, R. L. – Spiegelman, S. (1967): An Extracellular Darwinian Experiment with a Self–Duplicating Nucleic Acid Molecule. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 58, 217–224. 

Pace, Norman R. – Olsen, G. J. – Woese, C. R. (1986): Ribosomal RNA Phylogeny and the Primary Lines of Evolutionary Descent. Cell. 45, 325–326.

Papadopoulos, Dimitri – Schneider, D. – Meier–Eiss, J. – Arber, W. – Lenski, R. E. – Blot, M. (1999): Genomic Evolution During a 10000–Generation Experiment with Bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 96, 3807–3812.

Rigby, Peter W. J. – Burleigh, B. D. – Hartley, B. S. (1974): Gene Duplication in Experimental Enzyme Evolution. Nature. 251, 200–203.

Segre, A. V. – Murray, A. W. – Leu, J. Y. (2006): High Resolution Mutation Mapping Reveals Parallel Experimental Evolution in Yeast. PLoS Biology. 4, 25–36.

Sokolowski, Marla B. (2001): Drosophila: Genetics Meets Behaviour. Nature Reviews Genetics. 2, 879–890.

Weinreich, Daniel M. – Delaney, N. F. – Depristo, M. A. – Hartl, D. L. (2006): Darwinian Evolution Can Follow Only Very Few Mutational Paths to Fitter Proteins. Science. 312, 111–114.

Zeyl, Clifford (2005): The Number of Mutations Selected During Adaptation in a Laboratory Population of Saccharomyces Cerevisiae. Genetics. 169, 1825–1831.

Zuckerkandl, Emil – Pauling, Linus (1965): Molecules As Documents of Evolutionary History. Journal of Theoretical Biology. 8, 357–366.



1 A magyar tudomány hónapjának megnyitásán, 2006. november 6-án, Szegeden elhangzott eladás szerkesztett változata.

2 A biológiában minden csak az evolúciós elmélet keretében nyer értelmet.





1859 – Darwin: A fajok eredete

1871 – Miescher feldedezi a DNS-t

1885 – Weissman elmélete

1900 – Mendel újrafelfedezése

1900 – Mendel újrafelfedezése

20. század els negyede – Morgan és munka- társai megalapozzák az örökldés kromoszómaelméletét

1901 – DeVries megalkotja a mutáció fogalmát

20. század els negyede – Bateson és másoktagadják a kis változások szerepét. Neodarwinizmus

1927 – Müller felfedezi a sugárzás mutagén hatását

1930 – Fisher, Wright és Haldane a populációgenetikából kiindulva megalapozza az evolúciót

1944 – Avery bebizonyítja, hogy a DNS az örökít anyag


1953 – A DNS-szerkezet Watson-Crick modellje

1940 – Huxley, Stebbins és Mayr „új szintézise”

1961–1973 – Kimura és Ohta neutrális elmélete

1965 – Pauling és Zuckerkandl megalapozza a molekuláris evolúciótant

1970 – Maynard Smith integrálja a molekulárisbiológiát az elméletbe


1987 – Woese összeállítja az els teljes molekuláris törzsfát

1995 – Venter meghatározza az els genom- szekvenciát. Megszületik a genomika


1. táblázat • Az evolúciós elmélet és molekuláris megalapozásának mérföldkövei



1. ábra • 191 teljesen szekvenált genomú organizmus, 31 univerzális fehérjecsaládja alapján összeállított univerzális törzsfa (Ciccarelli et al., 2006).



enzim

hmérsékleti optimum

féléletid

termolizin

74 °C 95 °C

100 °C-on ≤ 0,5 min 170 min

diacilglicerol-kináz


80 °C-on ≤ 0,5 min 35 min

szubtilizin


65 °C-on ötvenszeres

2. táblázat • Példák az in vitro evolúcióra – enzim stabilitásváltozás





enzim

eredeti szubsztrát

változás




béta-laktamáz

cefatoxim-rezisztencia

32 000 ×

timodin-kináz

zidovudin-szenzitivitás

16 000 ×

paranitrofenil-észteráz

aktivitás formamidban

16 ×


3. táblázat • Példák az in vitro evolúcióra – hatékonyságnövelés





enzim

eredeti szubsztrát

új szubsztrát




DNS-metiltranszferáz

GGA/TTC 5 × rosszabb

GGC/GGC 20 × jobb

aszpartát-aminotranszferáz

aszpartát 30 × rosszabb

elágazó szénláncú



aminosavak 100 000 × jobb

citochrom p450

közepes szénláncú

bután 100 × jobb


zsírsavak 2 × jobb


b-glukuronidáz

glukuronid

galaktozid-6-foszfát


100 000 × rosszabb

500 × jobb


4. táblázat • Példák az in vitro evolúcióra – specifitásváltozás





2. ábraA vad típusú beta-laktamáztól az öt mutációt tartalmazó (100 ezerszer rezisztensebb) enzimhez vezet tíz legvalószínbb út. Az egyes csomópontokban az öt plusz, illetve mínusz jel jelzi az egyes mutációk meglétét vagy hiányát. A számok a rezisztencia mértékét jelzik (µg/ml).


<-- Vissza a 2007/09 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra


[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]