هدایت شوی تکامل

هدایت شوی تکاملDE )  )په پروتین تنظیم او طراحي کې کارېدونکې یوه تګلاره ده چې د طبیعي ټاکلو پروسه د دې لپاره نقل کوي، ترڅو پروتین یا نیوکلیک اسیدونه د کاروونکي له خوا ټاکل شوې موخې ته ورسوي. په دې کې د متجینیسیس بیاځلي دورو ته د جین تابع کول (د ډولونو د ټولګې رامنځته کول)، ټاکنه (د دې ډولونو څرګندول او د خوښې فعالیت سره غړي جلا کول) او پراخول (راتلونکې دورې لپاره یوه بېلګه رامنځته کول) ونډه لري. دا په ویوو (په ژوندي موجوداتو کې) یا په ویترو (په حجرو کې یا په آزاد ډول محلول کې) کې ترسره کېدای شي. هدایت شوی تکامل د دواړو هم د پروتین انجینرۍ لپاره د بدلیدونکو پروتینونو منطقي دیزاینولو بدیل په توګه او هم په کنترول شوي لابراتواري چاپېریال کې د تکاملي بنسټیزو اصولو د آزمایښتي تکامل څېړنو لپاره کارول کېږي.[۱]

تاریخچهسمول

هدایت شوې تکامل په 1960 لسیزه کې د "سپیګیل من مونستر" په ازمایښت کې د RNA مالیکولونو له تکامل څخه سرچینه اخلي. دا مفهوم تر ټاکلو فشارونو لاندې د باکتریاوو د تکامل له لارې، چې په جینوم کې یې د یوه واحد جین تکامل غوره کړی و،د پروتین تکامل ته غځول شوی ده.    [۲][۳][۴]

په 1980 لسیزه کې د فاژ ښودنې (د باکتریا تخریب) لومړنیو تخنیکونو یواځې یوه  پروتین ته د اوښتونونو او ټاکلو په نښه کولو اجازه ورکړه. دې د پرمختللو نښلوونکو پروتینونو ټاکل په کار واچول، مګر لاهم د انزایمونو کتلیستی فعالیت د ټاکلو لپاره غوره نه وو. د انزایمونو بشپړوونکي مېتودونه په 1990 لسیزې کې  پرمختګ وکړ، پراخ ساینسي لیدلوري ته یې تخنیک رامخته کړ. ياده څانګه د جین د تغییراتو ټولګې د جوړولو او د دوی د فعالیت د کتلو په برخه کې د نویو مېتودونو په رامنځته کېدو سره په ګړندیتوب پراختیا ومونده. د هدایت شوي تکامل مېتودونو پراختیا په 2018 کې فرانسیس آرنولډ د انزایمونو تکامل ، جورج سمیټ او ګریګوري وینتر ته د فیژ ښودنې لپاره، په کیمیا کې د نوبل جایزې په ورکولو سره و ویاړل شوه.  [۵][۶][۷][۸][۹]

اصولسمول

هدایت شوې تکامل په لابراتواري چاپېریال کې د طبیعي تکامل د دوران تقلید دی. د تکامل د پېښېدلو لپاره درې څيزونه اړین دي: د کاپی کوونکو ترمنځ توپی، دا چې بدلون د ټاکنې د عمل په سبب د وړتیایي توپیرونو لامل کېږي بله دا چې نوموړی بدلون ارثي دی.[۱۰]

په( DE )کې، یو واحد جین د موتا جنیسیس تکاملي دورو، ټاکنې یا کتنې او پراخېدو سره رامنځته کېږي. د دې دورو پړاوونه، له یوې دورې څخه راتلونکي ته د تدریجي پرمختګونو ترلاسه کولو لپاره د نمونې په توګه د يوه غوره ډول په کارولو معمولاً تکرارېږي.  

د هدایت شوي تکامل په ازمایښت کې د بریا احتمال په مستقیمه توګه د ټولې ټولګې په کچې پورې اړه لري، داسې چې د لا ډیرو اوښتونکو ارزونې سره د خوښې وړ ځانګړتیاوو درلودونکي پیداکولو امکان ډېرېږي.  [۱۱]

د تنوع رامنځته کولسمول

د هدایت شوي تکامل دوران په  ترسره کولو کې لومړی ګام د بدل شوو جینونو د يوې ټولګې نسل دی. د تصادفي تسلسل لپاره د تسلسل فضا خورا پراخه ده (د 100 امینو اسید پروتین لپاره 10130 ممکنه لړۍ) او د وظیفوي پروتینونو په سبب خورا لږ نفوس لري. نه تجربي او نه طبیعي تکامل، کله هم د ډېرو لړیو نمونې اخیستنې ته نږدې کېدلای شي. د طبیعي تکامل د نمونې بدل شوي ترتیبونه د وظیفوي پروتین لړیو ته نږدې دي او دا په DE کې لا د مخه د یوه وظیفوي جین بدلولو سره نقل کېږي. ځینې محاسبې وړاندیز کوي، چې دا په بشپړ ډول د امکان وړ ده چې د ټولو عملي (مثلا ًوظیفوي او ساختماني) موخو لپاره، په ځمکه د ژوند د تکامل په لړ کې د پروتین د تسلسل ځای په بشپړ ډول سپړل شوی دی.    [۱۲][۱۳]

پیل شوی جین د تصادفي نقطوي اوښتون (د کیمیاوي میوتیجنونو یا غلطۍ پروون PCR په واسطه) او ننوتلو او حذفېدلو (د ټرانسپوسنس په واسطه) سره بدلېدلای شي. د جین بیا یوځای کیدل د څو لړیو (معمولاً له ٪70 څخه ډېر د لړیو تشخیص)  د DNA ګډوډولو په واسطه تقلید کېدلای شي، ترڅو د ګډوډ شوي پلار یا مور جینونو ترمنځ د ترتیب ځای ساحو ته ورشي. په پای کې د جین ځانګړې سیمې د جوړښت او دندې پیژندنې پربنسټ د ډېر متمرکز چلند لپاره په سیستماتیک ډول تصادفي ترتیب کېدلای شي. د مېتود په پام کې نیولو سره، تولید شوې ټولګه به د دندییز (وظیفوی) ډولونو په تناسب چې په کې شامل دي، توپیر ولري. ان که یو ژوندی موجود د خوښې جین څرګندولو لپاره وکارول شي، یوازې د هغه جین له بدلولو سره د ژوندي موجود پاتې جینوم ورته پاتې کېږي او د تکامل ازمايښت لپاره له پامه غورځول کېدای شي (د يو ثابت جینیتیکی چاپېریال چمتو کولو تر حد پورې).  [۱۴][۱۵][۱۶][۱۷][۱۸][۱۹]

د وړتیایي توپیرونو پیدا کولسمول

ډېری اوښتونونه زیان رسوونکي دي او له همدې امله د اوښتل شوو ټولګه تر ډېره د لږ فعالیت لرونکي ډولونه لري. نو ځکه، د فعالیت اندازه کولو لپاره په لوړه کچه د يو آزمایښت تر سره کول حیاتي رول لري، ترڅو د ګټورو اوښتونونو سره نادره ډولونه ومومي، هغه چې د خوښې وړ ځانګړتیاوو ته پراختیا ورکوي. د دندییزو ډولونو جلا کولو لپاره د مېتود دوه اصلي وېشنې شته دي. د ټاکنو سیستمونه د جین پایښت لپاره په مستقیم ډول د پروتین دنده جوړوي، په داسې حال کې چې د کتنې (سکرینینګ) سیستمونه په يواځې توګه هر ډول تحلیل کوي او د يو ډول يا یو د خوښې وړ فعالیت د مختلفو ډولونو د نفوس ترتیب کولو لپاره د کمیتي حد ټاکلو اجازه ورکوي. دواړه ټاکنې او کتنه (سکرینینګ) په ژوندیو ژونکو یا حجرو (په ویوو تکامل کې) یا په مستقیم ډول په پروتین یا RNA کې پرته له کومو ژونکو څخه (په ویترو تکامل کې) ترسره کېدای شي.  [۲۰][۲۱][۲۲]

د ویوو تکامل په ترڅ  کې، هره ژونکه یا حجره (معمولاً باکتریا یا خمیره) د پلازمېد سره چې د ډولونو د ټولګې متفاوت غړی لري، بدلېږي. په دې توګه، یوازې د خوښې جین د ژونکو ترمنځ توپیر لري، نور ټول جینونه ورته ساتل کیږي. ژونکې پروتین په خپل سایتوپلازم او یا هم په هغه سطحه کې چېرې چې د هغه دنده ازمویل کېدای شي، څرګندوي. د دې بڼې غوره والی په ژونکییز(حجروي) چاپېریال کې د ځای ځایګی د ټاکلو له امله ده، دا چاره په ځانګړي توګه، هغه مهال چې اوښتل شوې پروتین او یا RNA په ژوندیو اورګانیزمونو کې کارول کېږي، ګټوره ده. DE کله چې د ژونکو پرته ترسره کېږي، د ویټرو ټرانسکرپشن ژباړې کې ښکېل وي، ترڅو پروتین یا RNA په آزاده بڼه په محلول او یا هم په جلا شوو مصنوعي مایکروډروپلټونو کې تولید کړي. دا مېتود په ټاکلو شرایطو کې د خورا متفاوت کېدو له ګټې څخه برخمن دی، کوم چې کولای شي بېلابېلې دندې پرمخ يوسي (د بېلګي په توګه تودوخه، محلل) او ژونکو ته زیان اړونکي او یا هم زهرجن پروتین څرګند کړي. سربیره پردې، په ویترو اوښتون کې ازمایښتونه کولای شي، خورا لویې ټولګې را منځته کړي (تر 1015 پورې) دا ځکه چې، د ټولګې DNA ته (ډېری وخت په ډېرې کمې کچې څخه پرته) په ژونکو کې دننوتلو اړتیا نشته.     

ټاکنهسمول

په مفهومي توګه د نښلولو فعالیت لپاره ټاکنه اسانه ده. په نښه کړل شوی مالیکول په قوي ملاتړ سره  غیر متحرک کېږي، د بیلابیلو پروتینونو ټولګه پرې اچول کېږي، کمزوري نښلوونکي له منځه وړل کېږي او پاتې نښلېدلي ډولونه د دوی د جینونو د  جلا کولو لپاره رغول کېږي. په یوه غیر متحرک اشتراکي نهی کوونکي پورې د یوه انزایم نښلولو څخه د فعالو کتلستونو د جلاکولو په موخه هم ګټه پورته شوې ده.  په هرحال، دا تګلاره یوازې د واحد کتلستی بدلون لپاره ټاکل کېږي او د سبسټریټ نښلولو یا هم  ریښتیني سبسټریټ عکس العمل لپاره غوره بڼه نه ده. د  انزایم فعالیت د حیاتی میتابولیت ترکیبولو او یا هم د زهرو په له منځه وړلو سره د ژونکې د پایښت لپاره اړین کېدای شي، نو د ژونکو پایښت د انزایم د فعالیت دنده ده. دا ډول سیسټمونه په ټولیزه توګه یوازې د ژونکو د بدلون موثریت د جریان په لارې پورې  محدود وي. یاد سیستمونه بیا د  سکرینینګ (کتنې) په پرتله د مالی او بشري سرچینو له اړخه خورا کم  لګښت لري، له بله اړخه معمولاً يې سمبالول یوه ستونزمنه چاره ده، د مصنوعي تولیداتو خطر یې شته او په ټولګه کې د شته فعالیتونو د ساحې په اړه هېڅ معلومات نه ورکوي.[۲۳][۲۴][۲۵]

سرچینېسمول

  1. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Beyond directed evolution--semi-rational protein engineering and design"]. Current Opinion in Biotechnology 21 (6): 734–43. December 2010. doi:10.1016/j.copbio.2010.08.011. PMID 20869867. 
  2. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Directed Evolution: Past, Present and Future"]. AIChE Journal 59 (5): 1432–1440. May 2013. doi:10.1002/aic.13995. PMID 25733775. 
  3. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "An extracellular Darwinian experiment with a self-duplicating nucleic acid molecule"]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 58 (1): 217–24. July 1967. doi:10.1073/pnas.58.1.217. PMID 5231602. Bibcode1967PNAS...58..217M. 
  4. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Experimental evolution of a new enzymatic function. II. Evolution of multiple functions for ebg enzyme in E. coli"]. Genetics 89 (3): 453–65. July 1978. doi:10.1093/genetics/89.3.453. PMID 97169. 
  5. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface"]. Science 228 (4705): 1315–7. June 1985. doi:10.1126/science.4001944. PMID 4001944. Bibcode1985Sci...228.1315S. 
  6. Chen, Keqin; Arnold, Frances H. (1991). [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Enzyme Engineering for Nonaqueous Solvents: Random Mutagenesis to Enhance Activity of Subtilisin E in Polar Organic Media"] (in En). Bio/Technology 9 (11): 1073–1077. doi:10.1038/nbt1191-1073. ISSN 0733-222X. PMID 1367624. 
  7. Kim, Eun-Sung (2008-11-27). [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Directed Evolution: A Historical Exploration into an Evolutionary Experimental System of Nanobiotechnology, 1965–2006"] (in en). Minerva 46 (4): 463–484. doi:10.1007/s11024-008-9108-9. ISSN 0026-4695. 
  8. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Methods for the directed evolution of proteins"] (in En). Nature Reviews. Genetics 16 (7): 379–94. July 2015. doi:10.1038/nrg3927. PMID 26055155. 
  9. "The Nobel Prize in Chemistry 2018". NobelPrize.org (په انګلیسي ژبه کي). د لاسرسي‌نېټه ۰۳ اکتوبر ۲۰۱۸. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  10. Voigt CA, Kauffman S, Wang ZG (2000). "Rational evolutionary design: the theory of in vitro protein evolution". Evolutionary Protein Design. Advances in Protein Chemistry. 55. د کتاب پاڼي 79–160. doi:10.1016/s0065-3233(01)55003-2. PMID 11050933. د کتاب نړيواله کره شمېره 9780120342556. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  11. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Strategy and success for the directed evolution of enzymes"]. Current Opinion in Structural Biology 21 (4): 473–80. August 2011. doi:10.1016/j.sbi.2011.05.003. PMID 21684150. 
  12. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "In-vitro protein evolution by ribosome display and mRNA display"]. Journal of Immunological Methods 290 (1–2): 51–67. July 2004. doi:10.1016/j.jim.2004.04.008. PMID 15261571. 
  13. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "How much of protein sequence space has been explored by life on Earth?"]. Journal of the Royal Society, Interface 5 (25): 953–6. August 2008. doi:10.1098/rsif.2008.0085. PMID 18426772. 
  14. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Directed evolution of enzyme catalysts"]. Trends in Biotechnology 15 (12): 523–30. December 1997. doi:10.1016/s0167-7799(97)01138-4. PMID 9418307. 
  15. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Developments in directed evolution for improving enzyme functions"]. Applied Biochemistry and Biotechnology 143 (3): 212–23. December 2007. doi:10.1007/s12010-007-8003-4. PMID 18057449. 
  16. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Triplet nucleotide removal at random positions in a target gene: the tolerance of TEM-1 beta-lactamase to an amino acid deletion"]. Nucleic Acids Research 33 (9): e80. May 2005. doi:10.1093/nar/gni077. PMID 15897323. 
  17. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Rapid evolution of a protein in vitro by DNA shuffling"]. Nature 370 (6488): 389–91. August 1994. doi:10.1038/370389a0. PMID 8047147. Bibcode1994Natur.370..389S. 
  18. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "DNA shuffling of a family of genes from diverse species accelerates directed evolution"]. Nature 391 (6664): 288–91. January 1998. doi:10.1038/34663. PMID 9440693. Bibcode1998Natur.391..288C. 
  19. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Iterative saturation mutagenesis (ISM) for rapid directed evolution of functional enzymes"]. Nature Protocols 2 (4): 891–903. 2007. doi:10.1038/nprot.2007.72. PMID 17446890. 
  20. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "What can we learn from fitness landscapes?"]. Current Opinion in Microbiology 21: 51–7. October 2014. doi:10.1016/j.mib.2014.08.001. PMID 25444121. 
  21. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "In vivo continuous directed evolution"]. Current Opinion in Chemical Biology 24: 1–10. February 2015. doi:10.1016/j.cbpa.2014.09.040. PMID 25461718. 
  22. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Directed evolution: tailoring biocatalysts for industrial applications"]. Critical Reviews in Biotechnology 33 (4): 365–78. December 2013. doi:10.3109/07388551.2012.716810. PMID 22985113. 
  23. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Phage display: practicalities and prospects"]. Plant Molecular Biology 50 (6): 837–54. December 2002. doi:10.1023/A:1021215516430. PMID 12516857. 
  24. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "New genotype–phenotype linkages for directed evolution of functional proteins"]. Current Opinion in Structural Biology 15 (4): 472–8. August 2005. doi:10.1016/j.sbi.2005.07.006. PMID 16043338. 
  25. [اصطلاحي تېروتنه: د ناپېژندلې ليکنښې لوښه "۱". "Intracellular detection and evolution of site-specific proteases using a genetic selection system"]. Applied Biochemistry and Biotechnology 166 (5): 1340–54. March 2012. doi:10.1007/s12010-011-9522-6. PMID 22270548.