निर्देशित विकास: Difference between revisions

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Not to be confused with निर्देशित विकास (ट्रांसह्यूमनिज्म).
विकास की तुलना में निर्देशित विकास का उदाहरण। आंतरिक चक्र कोष्ठक में प्राकृतिक प्रक्रिया की अनुकरण के साथ निर्देशित विकास चक्र के 3 चरणों को इंगित करता है। बाहरी वृत्त विशिष्ट प्रयोग के चरणों को दर्शाता है। लाल प्रतीक कार्यात्मक वेरिएंट को दर्शाते हैं, पीले प्रतीक कम फ़ंक्शन वाले वेरिएंट को दर्शाते हैं।

निर्देशित विकास (डीई) प्रोटीन इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली विधि है जो की उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित लक्ष्य की ओर प्रोटीन या न्यूक्लिक अम्ल को चलाने के लिए प्राकृतिक चयन की प्रक्रिया की अनुकरण करती है।[1] इसमें जीन को उत्परिवर्तन के पुनरावृत्त वृत्त शैल (वेरिएंट की लाइब्रेरी बनाना), चयन (उन वेरिएंट को व्यक्त करना और वांछित फ़ंक्शन के साथ सदस्यों को अलग करना) और प्रवर्धन (अगले वृत्त शैल के लिए टेम्पलेट तैयार करना) के अधीन करना सम्मिलत है। इसे विवो (जीवित जीवों में), या इन विट्रो (कोशिकाओं में या मुक्त समाधान में) किया जा सकता है। निर्देशित विकास का उपयोग प्रोटीन इंजीनियरिंग के लिए रॅशनालय डिजाइन संशोधित प्रोटीन के विकल्प के रूप में, साथ ही नियंत्रित, प्रयोगशाला वातावरण में मौलिक विकास के प्रयोगात्मक विकास अध्ययन के लिए किया जाता है।

इतिहास

इस प्रकार से निर्देशित विकास की उत्पत्ति 1960 के दशक में हुई थी।[2] अतः "स्पीगेलमैन्स मॉन्स्टर" प्रयोग में आरएनए के विकास के साथ किया है।[3] इस अवधारणा को चयन दबाव के अधीन बैक्टीरिया के विकास के माध्यम से प्रोटीन विकास तक बढ़ाया गया था जो इसके जीनोम में एकल जीन के विकास का पक्षधर था।[4]

किन्तु1980 के दशक में प्रारंभिक चरण प्रदर्शन तकनीकों ने एकल प्रोटीन में उत्परिवर्तन और चयन को लक्षित करने की अनुमति दी थी।[5] इसने उन्नत बाध्यकारी प्रोटीन के चयन को सक्षम किया, किन्तु एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि के चयन के साथ अभी तक संगत नहीं था।[6] एंजाइमों को विकसित करने के विधि 1990 के दशक में विकसित किए गए और इस तकनीक को व्यापक वैज्ञानिक दर्शकों तक पहुंचाया गया था।[7] जीन वेरिएंट की लाइब्रेरी बनाने और उनकी गतिविधि की स्क्रीनिंग के लिए नए विधियो के साथ क्षेत्र का तीव्रता से विस्तार हुआ था।[2][8] निर्देशित विकास विधियों के विकास को 2018 में एंजाइमों के विकास के लिए फ्रांसिस अर्नोल्ड और फेज प्रदर्शन के लिए जॉर्ज स्मिथ (रसायनज्ञ) और ग्रेगरी विंटर को रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार देकर सम्मानित किया गया था।[9]


सिद्धांत

निर्देशित विकास 'फिटनेस परिदृश्य' पर पहाड़ी पर चढ़ने के समान है जहां ऊंचाई वांछित संपत्ति का प्रतिनिधित्व करती है। चयन का प्रत्येक वृत्त शैल प्रारंभ टेम्पलेट (1) के सभी किनारों पर उत्परिवर्ती का नमूना लेता है और उच्चतम ऊंचाई वाले उत्परिवर्ती का चयन करता है, जिससे पहाड़ी पर चढ़ जाता है। इसे तब तक दोहराया जाता है जब तक कि स्थानीय शिखर तक नहीं पहुंच जाता (2) है।

निर्देशित विकास प्रयोगशाला स्थापना में प्राकृतिक विकास चक्र की अनुकरण है। विकास के लिए तीन चीजों की आवश्यकता होती है: प्रतिकृतियों के मध्य आनुवंशिक विविधता, यह भिन्नता फिटनेस (जीव विज्ञान) का कारण बनती है जिस पर चयन कार्य करता है, और यह भिन्नता आनुवंशिकता है। डीई में, एकल जीन उत्परिवर्तन, चयन या स्क्रीनिंग और प्रवर्धन के पुनरावृत्त वृत्त शैल द्वारा विकसित होता है।[10] इन चरणों के राउंड सामान्यतः दोहराए जाते हैं, चरणबद्ध सुधार प्राप्त करने के लिए अगले राउंड के लिए टेम्पलेट के रूप में राउंड से सर्वोत्तम संस्करण का उपयोग किया जाता है।

एक निर्देशित विकास प्रयोग में सफलता की संभावना सीधे कुल लाइब्रेरी आकार से संबंधित है, क्योंकि अधिक म्यूटेंट का मूल्यांकन करने से वांछित गुणों के साथ को खोजने की संभावना बढ़ जाती है।[11]


विभिन्नता उत्पन्न करना

प्रारंभिक जीन (बाएं) और वेरिएंट की लाइब्रेरी (दाएं)। बिंदु उत्परिवर्तन एकल न्यूक्लियोटाइड को परिवर्तन ते हैं। डीएनए के अनुभागों को जोड़ें या हटाएं। आनुवंशिक पुनर्संयोजन दो (या अधिक) समान जीनों के खंडों को पुनः संयोजित करता है।

अतः फ़ाइल: कैसे यादृच्छिक डीएनए लाइब्रेरी नमूना अनुक्रम स्थान.पीडीएफ अंगूठा कैसे लाइब्रेरी (जीव विज्ञान) उत्परिवर्तन (आणविक जीव विज्ञान तकनीक) द्वारा उत्पन्न होता है या रैंडम उत्परिवर्तन नमूना अनुक्रम स्थान है। किसी दिए गए स्थान पर प्रतिस्थापित अमीनो एसिड दिखाया गया है। प्रत्येक बिंदु या जुड़े बिंदुओं का सेट लाइब्रेरी का सदस्य है। त्रुटि-प्रवण पीसीआर यादृच्छिक रूप से कुछ अवशेषों को अन्य अमीनो एसिड में परिवर्तन कर देता है। एलेनिन स्कैनिंग प्रोटीन के प्रत्येक अवशेष को एक-एक करके एलेनिन से परिवर्तन देती है। अतः साइट संतृप्ति 20 संभावित अमीनो एसिड (या उनमें से कुछ उपसमूह) में से प्रत्येक को एक-एक करके ही स्थान पर प्रतिस्थापित करती है।

निर्देशित विकास के चक्र को निष्पादित करने में प्रथम चरण भिन्न जीनों की लाइब्रेरी का निर्माण है। यादृच्छिक अनुक्रम के लिए अनुक्रम स्थान विशाल है(100 अमीनो एसिड प्रोटीन के लिए 10130 संभावित अनुक्रम) और कार्यात्मक प्रोटीन द्वारा अधिक कम जनसँख्या है। न तो प्रयोगात्मक,[12] न ही प्राकृतिक[13] विकास कभी भी इतने सारे अनुक्रमों का नमूना लेने के समीप पहुंच सकता है। बेशक, प्राकृतिक विकास नमूने कार्यात्मक प्रोटीन अनुक्रमों के समीप भिन्न अनुक्रमों का नमूना लेते हैं और पहले से ही कार्यात्मक जीन को उत्परिवर्तित करके डीई में इसका अनुकरण किया जाता है।

इस प्रकार से कुछ गणनाओं से पता चलता है कि यह पूर्ण रूप से संभव है कि सभी व्यावहारिक (अर्थात कार्यात्मक और संरचनात्मक) उद्देश्यों के लिए, पृथ्वी पर जीवन के विकास के समय प्रोटीन अनुक्रम स्थान का पूर्ण रूप से पता लगाया गया है।[13]

और प्रारंभिक जीन को यादृच्छिक बिंदु उत्परिवर्तन (रासायनिक उत्परिवर्तन या त्रुटि प्रवण पॉलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया द्वारा) उत्परिवर्तित किया जा सकता है।[14][15] और इंडेल (ट्रांसपोज़न द्वारा)।[16] डीएनए परिवर्तन द्वारा आनुवंशिक पुनर्संयोजन की अनुकरण की जा सकती है[17][18] परिवर्तन किए गए मूल जीनों के मध्य अनुक्रम स्थान के क्षेत्रों में सम्मिलित करने के लिए अनेक अनुक्रमों (सामान्यतः 70% से अधिक अनुक्रम पहचान) की है। अंत में, जीन के विशिष्ट क्षेत्रों को व्यवस्थित रूप से यादृच्छिक संरचना और कार्य ज्ञान पर आधारित अधिक केंद्रित दृष्टिकोण के लिए किया जा सकता है।[19] किन्तु विधि के आधार पर, उत्पन्न लाइब्रेरी इसमें सम्मिलत फिटनेस प्रभावों के वितरण में भिन्न होती है। तथापि किसी जीव का उपयोग रुचि के जीन को व्यक्त करने के लिए किया जाता है, केवल उस जीन को उत्परिवर्तित करने से जीव का बाकी जीनोम वही रहता है और विकास प्रयोग के लिए इसे अनदेखा किया जा सकता है (एक निरंतर आनुवंशिक वातावरण प्रदान करने की सीमा तक) है।

फिटनेस अंतर का पता लगाना

अधिकांश उत्परिवर्तन हानिकारक होते हैं और इसलिए उत्परिवर्ती लाइब्रेरीों में अधिकतर कम उत्प्रेरक गतिविधि वाले वेरिएंट होते हैं।[20] इसलिए, वांछित गुणों में सुधार करने वाले लाभकारी उत्परिवर्तन वाले दुर्लभ वेरिएंट को खोजने के लिए गतिविधि को मापने के लिए उच्च-थ्रूपुट परख महत्वपूर्ण है। कार्यात्मक वेरिएंट को अलग करने के लिए विधि की दो मुख्य श्रेणियां उपस्तिथ हैं। चयन प्रणालियाँ जीन के जीवित रहने के लिए प्रोटीन फ़ंक्शन को सीधे जोड़ती हैं, जबकि स्क्रीनिंग प्रणाली व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक प्रकार की परख करते हैं और वांछित गतिविधि के प्रकार या विभिन्न प्रकार की जनसँख्या को सॉर्ट करने के लिए मात्रात्मक सीमा निर्धारित करने की अनुमति देते हैं। अर्थात चयन और स्क्रीनिंग दोनों को जीवित कोशिकाओं (इन विवो इवोल्यूशन) में किया जा सकता है या बिना किसी कोशिका के सीधे प्रोटीन या आरएनए पर (इन विट्रो इवोल्यूशन) किया जा सकता है।[21][22]

इस प्रकार से विवो विकास के समय, प्रत्येक कोशिका (सामान्यतः जीवाणु या ख़मीर ) प्लाज्मिड के साथ परिवर्तन (आनुवांशिकी) होती है जिसमें वेरिएंट लाइब्रेरी का अलग सदस्य होता है। इस प्रकार, कोशिकाओं के मध्य केवल रुचि का जीन ही भिन्न होता है, अन्य सभी जीनों को समान रखा जाता है। और कोशिकाएं प्रोटीन को या तो अपने कोशिका द्रव्य या प्लाज्मा झिल्ली में व्यक्त करती हैं जहां इसके कार्य का परीक्षण किया जा सकता है। इस प्रारूप में सेलुलर वातावरण में गुणों का चयन करने का लाभ होता है, जो तब उपयोगी होता है जब विकसित प्रोटीन या आरएनए का उपयोग जीवित जीवों में किया जाना होता है। जब कोशिकाओं के बिना प्रदर्शन किया जाता है, तो डीई में समाधान में प्रोटीन या आरएनए मुक्त उत्पादन करने या इन विट्रो कंपार्टमेंटलाइज़ेशन में विभाजित करने के लिए इन विट्रो कंपार्टमेंटलाइज़ेशन या इन विट्रो ट्रांसक्रिप्शन. 2एफ अनुवाद का उपयोग सम्मिलत होता है। इस विधि में चयन स्थितियों (जैसे तापमान, विलायक) में अधिक बहुमुखी होने का लाभ है, और यह प्रोटीन व्यक्त कर सकता है जो की कोशिकाओं के लिए विषाक्त होती है। इसके अतिरिक्त, इन विट्रो विकास प्रयोग कहीं अधिक उच्च लाइब्रेरी (1015 तक) उत्पन्न कर सकते हैं) क्योंकि लाइब्रेरी डीएनए को कोशिकाओं में परिवर्तन (आनुवांशिकी) की आवश्यकता नहीं होती है ((प्रायः एक सीमित चरण) है।

चयन

प्रोबूजेन गतिविधि के लिए चयन अवधारणात्मक रूप से सरल है। किन्तु लक्ष्य अणु को ठोस समर्थन पर स्थिर किया जाता है, विभिन्न प्रोटीनों की लाइब्रेरी को इसके ऊपर प्रवाहित किया जाता है, व्यर्थ बाइंडर्स को धोया जाता है, और शेष बंधे वेरिएंट को उनके जीन को अलग करने के लिए पुनर्प्राप्त किया जाता है।[23] सक्रिय उत्प्रेरक को अलग करने के प्रयास के रूप में एंजाइम को स्थिर सहसंयोजक एंजाइम अवरोधक से बांधने का भी उपयोग किया गया है। चूंकि, यह दृष्टिकोण केवल एकल उत्प्रेरक टर्नओवर के लिए चयन करता है और सब्सट्रेट बाइंडिंग या वास्तविक सब्सट्रेट प्रतिक्रियाशीलता का सही मॉडल नहीं है। यदि किसी महत्वपूर्ण मेटाबोलाइट को संश्लेषित करके, या किसी विष को नष्ट करके, कोशिका अस्तित्व के लिए एंजाइम गतिविधि को आवश्यक बनाया जा सकता है, तो कोशिका अस्तित्व एंजाइम गतिविधि का कार्य है।[24][25] ऐसी प्रणालियाँ सामान्यतः केवल कोशिकाओं की परिवर्तन (आनुवांशिकी) दक्षता द्वारा थ्रूपुट में सीमित होती हैं। वे स्क्रीनिंग की तुलना में कम बहुमूल्य और श्रम-गहन भी हैं, चूंकि वे सामान्यतः इंजीनियर करने में कठिन होते हैं, और कलाकृतियों से ग्रस्त होते हैं और लाइब्रेरी में उपस्तिथ फिटनेस प्रभावों के वितरण के बारे में कोई जानकारी नहीं देते हैं।

स्क्रीनिंग

अतः चयन का विकल्प स्क्रीनिंग प्रणाली है। प्रत्येक प्रकार का जीन व्यक्तिगत रूप से प्रोटीन अभिव्यक्ति (जैव प्रौद्योगिकी) है और गतिविधि को मात्रात्मक रूप से मापने के लिए (प्रायः रंगीन या फ्लोरोजेनिक उत्पाद द्वारा) परखा जाता है। फिर वेरिएंट को रैंक किया जाता है और प्रयोगकर्ता निर्णय लेता है कि डीई के अगले वृत्त शैल के लिए कौन से वेरिएंट को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करना है। यहां तक ​​​​कि अधिक उच्च थ्रूपुट परख में सामान्यतः चयन विधियों की तुलना में कम कवरेज होता है, किन्तु स्क्रीन किए गए प्रत्येक वेरिएंट पर विस्तृत जानकारी तैयार करने का लाभ मिलता है। इस अलग-अलग डेटा का उपयोग लाइब्रेरीों में गतिविधियों के वितरण को चिह्नित करने के लिए भी किया जा सकता है जो कि सरल चयन प्रणालियों में संभव नहीं है। इसलिए, जब अनुकूली विकास और फिटनेस परिदृश्यों को प्रयोगात्मक रूप से चित्रित करने का विचार आता है तो स्क्रीनिंग प्रणाली के लाभ होते हैं।

आनुवंशिकता सुनिश्चित करना

एक व्यक्त प्रोटीन को या तो उसके जीन से सहसंयोजक रूप से जोड़ा जा सकता है (जैसे कि एमआरएनए, बाएं) या उसके साथ विभाजित किया जा सकता है (कोशिकाएं (जीव विज्ञान) या माइक्रोफ्लुइडिक्स, दाएं)। किसी भी तरह से यह सुनिश्चित होता है कि एन्कोडेड प्रोटीन की गतिविधि के आधार पर जीन को अलग किया जा सकता है।

जब कार्यात्मक प्रोटीन को अलग कर दिया गया है, तो यह आवश्यक है कि उनके जीन भी अलग हों, इसलिए आनुवंशिकता जीनोटाइप-फेनोटाइप लिंक की आवश्यकता होती है।[24] यह सहसंयोजक हो सकता है, जैसे कि एमआरएनए डिस्प्ले जहां एमआरएनए जीन पौरोमाइसिन द्वारा अनुवाद के अंत में प्रोटीन से जुड़ा होता है।[12] वैकल्पिक रूप से प्रोटीन और उसके जीन को जीवित कोशिकाओं में विभाजित करके सह-स्थानीयकृत किया जा सकता है[26] या इमल्शन बूंदें में विभाजित करते है।[27] और फिर पृथक किए गए जीन अनुक्रमों को पीसीआर या रूपांतरित होस्ट बैक्टीरिया द्वारा बढ़ाया जाता है। या तो एकल सर्वश्रेष्ठ अनुक्रम, या अनुक्रमों का पूल उत्परिवर्तन के अगले वृत्त शैल के लिए टेम्पलेट के रूप में उपयोग किया जा सकता है। विविधीकरण-चयन-प्रवर्धन के दोहराए गए चक्र प्रयुक्त चयन दबावों के अनुकूल प्रोटीन वेरिएंट उत्पन्न करते हैं।

तर्कसंगत प्रोटीन डिजाइन की तुलना

निर्देशित विकास के लाभ

प्रोटीन का प्रोटीन डिज़ाइन प्रोटीन संरचना, साथ ही इसके उत्प्रेरक तंत्र के गहन ज्ञान पर निर्भर करता है।[28][29] पुनः प्रोटीन के कार्य को परिवर्तन ने के प्रयास में साइट-निर्देशित उत्परिवर्तन द्वारा विशिष्ट परिवर्तन किए जाते हैं। इसका दोष यह है कि तथापि प्रोटीन की संरचना और क्रिया का तंत्र सही प्रकार से ज्ञात हो, फिर भी उत्परिवर्तन के कारण होने वाले परिवर्तन की भविष्यवाणी करना कठिन है। इसलिए, डीई का लाभ यह है कि वांछित गतिविधि के तंत्र को समझने की आवश्यकता नहीं है या उत्परिवर्तन इसे कैसे प्रभावित करते है।[30]

निर्देशित विकास की सीमाएँ

निर्देशित विकास का प्रतिबंध यह है कि उच्च संख्या में विभिन्न यादृच्छिक उत्परिवर्तनों के प्रभावों को मापने के लिए उच्च-थ्रूपुट परख की आवश्यकता होती है। निर्देशित विकास के लिए उपयोग किए जाने से पहले इसके लिए व्यापक अनुसंधान और विकास की आवश्यकता हो सकती है। इसके अतिरिक्त, ऐसे परीक्षण प्रायः किसी विशेष गतिविधि की निगरानी के लिए अत्यधिक विशिष्ट होते हैं और इसलिए इन्हें नए डीई प्रयोगों में स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है।[31]

इसके अतिरिक्त, परख कार्य में सुधार के लिए चयन करने से परख कार्य में सुधार उत्पन्न होता है। यह समझने के लिए कि ये सुधार कैसे प्राप्त किए जाते हैं, विकसित हो रहे एंजाइम के गुणों को मापना होता है। और परख गतिविधि में सुधार एंजाइम उत्प्रेरक गतिविधि या एंजाइम एकाग्रता में सुधार के कारण हो सकता है। इस तथ्य का भी कोई प्रमाण नहीं है कि सब्सट्रेट पर सुधार से दूसरे सब्सट्रेट पर गतिविधि में सुधार होगा। यह विशेष रूप से तब महत्वपूर्ण होता है जब वांछित गतिविधि की सीधे जांच या चयन नहीं किया जा सकता है और इसलिए 'प्रॉक्सी' सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है। वांछित गतिविधि में सुधार किए बिना डीई प्रॉक्सी को विकासवादी विशेषज्ञता प्रदान कर सकता है। अतः परिणामस्वरुप, सफल डीई के लिए उचित स्क्रीनिंग या चयन नियम का चयन करना महत्वपूर्ण है।[32]

किसी प्रयोग में विकास की गति भी निर्देशित विकास की उपयोगिता पर सीमा उत्पन्न करती है। उदाहरण के लिए, किसी विशेष फेनोटाइप का विकास सैद्धांतिक रूप से संभव होते हुए भी समय-माप पर हो सकता है जो व्यावहारिक रूप से संभव नहीं है।[33] वर्तमान के सैद्धांतिक दृष्टिकोणों का उद्देश्य सांख्यिकीय भौतिकी से एडियाबेटिकिटी काउंटर-डायबिटिक ड्राइविंग तकनीकों के शॉर्टकट के अनुप्रयोग के माध्यम से गति की सीमा को दूर करना है, चूंकि इसे अभी तक निर्देशित विकास प्रयोग में प्रयुक्त नहीं किया गया है।[34]

संयुक्त दृष्टिकोण

तर्कसंगत डिजाइन और निर्देशित विकास दोनों की सीमाओं को संबोधित करने के लिए संयुक्त, 'अर्ध-तर्कसंगत' दृष्टिकोण की जांच की जा रही है।[1][35] लाभकारी उत्परिवर्तन दुर्लभ हैं, इसलिए उत्तम वेरिएंट खोजने के लिए उच्च संख्या में यादृच्छिक म्यूटेंट की जांच करनी होती है। 'केंद्रित लाइब्रेरी' डीई के उत्परिवर्तन चरण के लिए लाभकारी उत्परिवर्तन में समृद्ध माने जाने वाले यादृच्छिक क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित करते हैं। केंद्रित लाइब्रेरी में पारंपरिक यादृच्छिक उत्परिवर्तन लाइब्रेरी की तुलना में कम वेरिएंट होते हैं और इसलिए ऐसी उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग की आवश्यकता नहीं होती है।

एक केंद्रित लाइब्रेरी बनाने के लिए कुछ ज्ञान की आवश्यकता होती है कि संरचना में किन अवशेषों को परिवर्तन ना है। इस प्रकार से उदाहरण के लिए, किसी एंजाइम की सक्रिय साइट का ज्ञान एंजाइम सब्सट्रेट (जीव विज्ञान) के साथ वार्तालाप करने के लिए ज्ञात अवशेषों को यादृच्छिक बनाने की अनुमति दे सकता है।[36][37] वैकल्पिक रूप से, प्रकृति में कौन से प्रोटीन क्षेत्र पृथक्करण स्थल हैं, इसका ज्ञान केवल उन क्षेत्रों में उत्परिवर्तन का मार्गदर्शन कर सकता है।[38][39]

अनुप्रयोग

इस प्रकार से तर्कसंगत डिजाइन के विकल्प के रूप में प्रोटीन इंजीनियरिंग के लिए प्रायः निर्देशित विकास का उपयोग किया जाता है,[40] किन्तु इसका उपयोग एंजाइम विकास के मूलभूत प्रश्नों की जांच के लिए भी किया जा सकता है।[41]

प्रोटीन इंजीनियरिंग

प्रोटीन इंजीनियरिंग उपकरण के रूप में, डीई तीन क्षेत्रों में अधिक सफल रहा है:

  1. उच्च तापमान या कठोर सॉल्वैंट्स में जैव प्रौद्योगिकी उपयोग के लिए प्रोटीन स्थिरता में सुधार[42][43][44]
  2. मोनोक्लोनल एंटीबॉडी थेरेपी की बाध्यकारी आत्मीयता में सुधार (एफ़िनिटी परिपक्वता)[45] और डे नोवो प्रोटीन डिज़ाइन की गतिविधि[30] या उपस्तिथ एंजाइमों की सब्सट्रेट विशिष्टता को परिवर्तन ना (प्रायः उद्योग में उपयोग के लिए) है,[46][47][48][49] [40]

विकास अध्ययन

See also: प्रायोगिक विकास

प्राकृतिक विकास का अध्ययन परंपरागत रूप से उपस्तिथ जीवों और उनके जीन पर आधारित है। चूंकि, अनुसंधान मूल रूप से जीवाश्म की कमी (और विशेष रूप से प्राचीन डीएनए अनुक्रमों की कमी) के कारण सीमित है।[50][51] और प्राचीन पर्यावरणीय परिस्थितियों का अधूरा ज्ञान है। अतः निर्देशित विकास व्यक्तिगत एंजाइमों के लिए जीन की नियंत्रित प्रणाली में विकास की जांच करता है,[52][53][35] राइबोजाइम[54] और प्रतिकृतियां (विकास इकाई)[55][3] ( यूकेरियोट्स के प्रायोगिक विकास के समान,[56][57] प्रोकैर्योसाइटों[58] और वायरस[59]) है.

अतः डीई चयन दबाव, उत्परिवर्तन दर और पर्यावरण (जैवभौतिकीय) (दोनों अजैविक घटक जैसे तापमान, और जैविक वातावरण, जैसे जीव में अन्य जीन) के नियंत्रण की अनुमति देता है। इसके अतिरिक्त, सभी विकासवादी मध्यवर्ती जीनों का पूर्ण रिकॉर्ड है। यह विकासवादी प्रक्रियाओं के विस्तृत माप की अनुमति देता है, इस प्रकार से उदाहरण के लिए एपिस्टासिस, विकासात्मकता, अनुकूलनवाद या आनुवंशिक बाधाएं[60][61] फिटनेस परिदृश्य,[62] और तटस्थ नेटवर्क है।[63]

माइक्रोबियल प्रोटीओम का अनुकूली प्रयोगशाला विकास

प्रोटिओम की प्राकृतिक अमीनो एसिड संरचना को प्रयोगात्मक रूप से लगाए गए चयनात्मक दबाव के अधीन उपयुक्त गैर-विहित समकक्षों के साथ वैश्विक विहित अमीनो एसिड प्रतिस्थापन द्वारा परिवर्तन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एस्चेरिचिया कोलाई में फ्लोरिनेटेड एनालॉग्स के साथ प्राकृतिक अमीनो एसिड के वैश्विक प्रोटीन-व्यापक प्रतिस्थापन का प्रयास किया गया है।[64] [65] और बैसिलस सबटिलिस में फ्लोरिनेटेड एनालॉग्स के साथ प्राकृतिक अमीनो एसिड के वैश्विक प्रोटिओम-व्यापक प्रतिस्थापन का प्रयास किया गया है। एस्चेरिचिया कोली में 20899 यूजीजी कोडन के उत्तर में थिएनोपाइरोले-अलैनिन के साथ पूर्ण ट्रिप्टोफैन प्रतिस्थापन की रिपोर्ट 2015 में बुडिसा और डाइटर सॉल सोल द्वारा की गई थी।[66] अतिरिक्त अमीनो एसिड के स्पष्ट आवास के साथ माइक्रोबियल उपभेदों का प्रयोगात्मक विकास प्रयोगात्मक रूप से आनुवंशिक कोड को व्यापक बनाने में सहायक होने की आशा है।[67] किन्तु निर्देशित विकास सामान्यतः उत्परिवर्तन के लिए विशेष जीन को लक्षित करता है और पुनः परिणामी वेरिएंट को रुचि के फेनोटाइप के लिए स्क्रीन करता है, जो प्रायः फिटनेस (जीव विज्ञान) प्रभावों से स्वतंत्र होता है, जबकि अनुकूली प्रयोगशाला विकास अनेक जीनोम-व्यापी उत्परिवर्तन का चयन करता है जो सक्रिय रूप से बढ़ती संस्कृतियों की फिटनेस में योगदान करते हैं।[68]

यह भी देखें

संदर्भ

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