Бактериофаг экспериментальная эволюция - Bacteriophage experimental evolution

Экспериментальная эволюция учеба - средство проверки эволюционный теория в тщательно разработанных, воспроизводимых экспериментах. При наличии достаточного времени, места и денег любой организм можно было бы использовать для экспериментальных исследований эволюции. Однако те, у кого быстрое времена поколения, высоко частота мутаций, большой размеры населения, а небольшие размеры увеличивают возможность экспериментальных исследований в лабораторных условиях. Поэтому, бактериофаги (т.е. вирусы это заразить бактерии ) особенно популярны у экспериментальных биологов-эволюционистов. Бактериофаги и микробные организмы могут быть заморожены в стазисе, что облегчает сравнение эволюционирующих штаммов с предками. Кроме того, микробы особенно лабильны с точки зрения молекулярной биологии. Много молекулярные инструменты были разработаны, чтобы управлять генетический материал микробных организмов и из-за их небольшого геном размеры, последовательность действий полные геномы эволюционировавших штаммов тривиальны. Следовательно, можно проводить сравнения для точных молекулярных изменений в эволюционировавших штаммах во время приспособление к новым условиям.

Экспериментальные исследования по категориям

Лаборатория филогенетика

Филогенетика - это изучение эволюционного родства организмов. Лабораторная филогенетика - это изучение эволюционного родства организмов, эволюционировавших в лаборатории. Преимущество лабораторной филогенетики состоит в том, что точная эволюционная история организма известна, а не оценивается, как в случае большинства организмов.

Эпистаз

Эпистаз - это зависимость эффекта от одного ген или же мутация о наличии другого гена или мутации. Теоретически эпистаз может быть трех форм: отсутствие эпистаза (аддитивное наследование), синергический (или положительный) эпистаз и антагонистический (или отрицательный) эпистаз. При синергетическом эпистазе каждая дополнительная мутация оказывает все большее негативное влияние на фитнес. При антагонистическом эпистазе эффект каждой мутации снижается с увеличением числа мутаций. Понимание того, являются ли большинство генетических взаимодействий синергическими или антагонистическими, поможет решить такие проблемы, как эволюция пола.

Литература по фагам предоставляет множество примеров эпистаза, которые не изучаются в контексте экспериментальной эволюции и не обязательно описываются как примеры эпистаза.

Экспериментальная адаптация

Экспериментальная адаптация предполагает отбор из организмы либо для конкретных черты или при определенных условиях. Например, штаммы могут развиваться в условиях высоких температур, чтобы наблюдать молекулярные изменения, которые способствуют выживанию и воспроизведение в тех условиях.

Читатель должен знать, что многочисленные экспериментальные адаптации фагов были выполнены в первые десятилетия изучения фагов.

Приспособление обычным хозяевам.

Адаптация к новым или измененным хостам.

Старая литература по фагам, например, до 1950-х годов, содержит множество примеров адаптации фагов к разным хозяевам.

Адаптация к измененным условиям

Более старая фаговая литература, например, до 1950-х годов, также содержит примеры адаптации фагов к различным условия культивирования, Такие как фаг Т2 адаптация к малосолевым условиям.

Адаптация к высоким температурам.

Адаптация как компенсация вредные мутации.

В ранней фаговой литературе есть много примеров адаптации бактериофагов и компенсации вредных мутаций.

Адаптация к изменению фага вирулентность

Вирулентность - это негативное воздействие, которое возбудитель (или же паразит ) имеет на Дарвиновский фитнес укрывающего организма (хозяина). Для фага вирулентность приводит либо к снижению скорости деления бактерий, либо, что более типично, к смерти (через лизис ) отдельных бактерий. По этой теме существует ряд теоретических работ, особенно в том, что касается эволюции фагов. Инкубационный период.

В более ранней литературе по фагам есть многочисленные ссылки на вирулентность фагов и эволюцию вирулентности фагов. Однако следует предупредить читателя, что вирулентность часто используется как синоним слова «не температура», что здесь не используется и не поощряется в целом.

Влияние секс /коинфекция

Более одного фага могут совмещать та же бактериальная клетка. Когда это происходит, фаг может обмениваться генами, что эквивалентно «полу». Обратите внимание, что в ряде последующих исследований секс используется для преодоления Трещотка Мюллера в то время как статьи, демонстрирующие храповик Мюллера (то есть без использования секса для преодоления результата), вместо этого представлены под этим заголовком.

Трещотка Мюллера

Храповик Мюллера - это постепенное, но необратимое накопление вредных мутаций в бесполые организмы. Бесполые организмы не подвергаются обмену генами и, следовательно, не могут воссоздать безмутационные геномы. Chao, 1997, делает акцент на фагах на эту тему.

Дилемма заключенного

Дилемма заключенного является частью теория игры в котором участвуют два человека, решившие сотрудничать или же дефект, пожиная дифференцированные награды. Во время коинфекции фагами это относится к вирусам, которые производят больше белок продуктов, чем они используют (кооператоры) и вирусов, которые используют больше белок продукции, чем они производят (перебежчики).

Коэволюция

Коэволюция изучение эволюционного влияния двух разновидность друг на друга. Коэволюция фагов и бактерий обычно изучается в контексте экология фагового сообщества.

Рекомендации

В этой статье использованы материалы из Citizendium статья "Бактериофаг экспериментальная эволюция "под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Непортированная лицензия но не под GFDL.

Брейтбарт, М., Ф. Ровер и С. Т. Абедон. 2005. Экология фагов и бактериальный патогенез, с. 66-91. В М. К. Уолдор, Д. И. Фридман и С. Л. Адья (ред.), Фаги: их роль в бактериальном патогенезе и биотехнологии. ASM Press, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN  1-55581-307-0

д'Эрелль, Ф. и Г. Х. Смит. 1924. Иммунитет при естественных инфекционных заболеваниях. Williams & Wilkins Co., Балтимор.

Библиография

http://en.citizendium.org/wiki/Bacteriophage_experimental_evolution/ Библиография -

Лаборатория филогенетика

  • Hahn, M. W., M. D. Rausher, and C. W. Cunningham, 2002. Различение между отбором и расширением популяции в экспериментальной линии бактериофага T7. Генетика 161: 11-20.
  • Oakley, T.H., and C.W. Cunningham, 2000. Независимые контрасты успешны там, где реконструкция предка терпит неудачу в известной филогении бактериофага. Evolution 54: 397-405.
  • Каннингем, C.W., К. Дженг, Дж. Хусти, М. Бадгетт, И.Дж. Molineux, D.M. Хиллис и Дж. Дж. Bull, 1997. Параллельная молекулярная эволюция делеций и нонсенс-мутаций у бактериофага Т7. Мол. Биол. Evol. 14: 113-116.
  • Булл, Дж. Дж., К. В. Каннингем, И. Дж. Молинё, М. Р. Баджетт и Д. М. Хиллс, 1993. Экспериментальная молекулярная эволюция бактериофага Т7. Evolution 47: 993-1007.
  • Хиллис, Д.М., Дж. Дж. Булл, М.Э.Уайт, М.Р. Бэджетт, И.Дж. Molineux, 1992. Экспериментальная филогенетика: поколение известной филогении. Наука. 255: 589-592.
  • Studier, F. W., 1980. Последний из T-фагов, стр. 72-78. В Н. Хоровиц и Э. Хатчингс младший (ред.), Гены, клетки и поведение: взгляд на биологию пятьдесят лет спустя.
  • Studier, F. W., 1979. Отношения между различными штаммами T7 и между T7-родственными бактериофагами. Вирусология 95: 70-84.

Эпистаз

  • Берч К.Л. и Л. Чао. 2004. Эпистаз и его связь с канализацией в РНК-вирусе _6. Генетика. 167: 559-567.
  • Ю, Л. и Дж. Инь. 2002. Зависимость эпистаза от окружающей среды и тяжести мутации, выявленная с помощью мутагенеза in silico фага Т7. Генетика. 160: 1273-1281.
  • Шуппли Д., Й. Георгиевич и Х. Вебер. 2000. Синергизм мутаций в Q_ РНК бактериофага, влияющих на зависимость Q_ репликазы от фактора хозяина. J. Mol. Биол. 295: 149-154.

Литература по фагам предоставляет множество примеров эпистаза, которые не изучаются в контексте экспериментальной эволюции и не обязательно описываются как примеры эпистаза.

Экспериментальная адаптация

  • Булл, Дж. Дж., Дж. Миллштейн, Дж. Оркатт и Х.А. Вичман. 2006. Эволюционная обратная связь, опосредованная плотностью населения, проиллюстрированная вирусами в хемостатах. Являюсь. Nat. 167: E39-E51.
  • Булл, Дж. Дж., М. Р. Баджетт, Р. Спрингман и И. Дж. Молинью. 2004. Свойства генома.
  • Булл, Дж. Дж., М. Р. Баджетт, Д. Рокита и И. Дж. Молинью. 2003. Экспериментальная эволюция дает сотни мутаций в функциональном вирусном геноме. J. Mol. Evol. 57: 241-248.
  • Булл, Дж. Дж., М. Р. Бэджетт, Х.А. Wichman, J.P. Hulsenbeck, D.M. Хиллис, А. Гулати, К. Хо и И.Дж. Molineux. 1997. Исключительная конвергентная эволюция вируса. Генетика. 147: 1497-1507.

Читатель должен знать, что многочисленные экспериментальные адаптации фагов были выполнены в первые десятилетия изучения фагов.

Приспособление обычным хозяевам.

  • Wichman, H. A., J. Wichman и J. J. Bull. 2005. Адаптивная молекулярная эволюция для 13 000 поколений фагов: возможная гонка вооружений. Генетика 170: 19-31.
  • Rokyta, D., M. R. Badgett, I. J. Molineux и J. J. Bull. 2002. Экспериментальная геномная эволюция: обширная компенсация потери активности ДНК-лигазы в вирусе. Мол. Биол. Evol. 19: 230-238.
  • Burch, C. L., and L. Chao. 2000. Эволюционируемость РНК-вируса определяется его мутационным соседством. Nature 406: 625-628.
  • Wichman, H.A., L.A. Scott, C.D. Yarber и J. J. Bull. 2000. Экспериментальная эволюция.
  • Wichman, H.A., M.R.Badgett, L.A. Scott, C.M.Boulianne и J. J. Bull. 1999. Различные траектории параллельной эволюции при вирусной адаптации. Наука 285: 422-424.

Адаптация к новым или измененным хостам.

  • Даффи, С., П. Э. Тернер и К. Л. Берч. 2006. Плейотропные затраты на расширение ниши в РНК-бактериофаге _6. Генетика 172: 751-757.
  • Пепин, К. М., М. А. Самуэль и Х. А. Вичман. 2006. Переменные плейотропные эффекты от мутаций в одном и том же локусе затрудняют предсказание пригодности с помощью компонента пригодности. Генетика 172: 2047-2056.
  • Crill, W. D., H. A. Wichman и J. J. Bull. 2000. Повороты эволюции при адаптации вирусов к чередованию хозяев. Генетика 154: 27-37.
  • Булл, Дж. Дж., А. Якобосон, М. Р. Бэджетт и И. Дж. Молинью. 1998. Ускользание вируса от антисмысловой РНК. Мол. Microbiol. 28: 835-846.
  • Хибма, А. М., С. А. Джассим и М. В. Гриффитс. 1997. Заражение и удаление L-форм Listeria monocytogenes разводимым бактериофагом. Int. J. Food Microbiol. 34: 197-207.
  • Джассим, С.А.А., С.П. Денайер и Г.С.А.Б. Стюарт. 1995. Селекция вирусов. Международная заявка на патент. WO 9523848. (на вкладке «документы»)
  • Шуппли Д., Дж. Миранда, Х. К. Т. Цуй, М. Э. Винклер, Дж. М. Сого и Х. Вебер. 1997. Измененная 3'-концевая структура РНК в фаге Q_ адаптирована к Escherichia coli без фактора хозяина. Proc. Natl. Акад. Sci. США 94: 10239-10242.
  • Hashemolhosseini, S., Z. Holmes, B. Mutschler и U. Henning. 1994. Изменения рецепторной специфичности колифагов семейства Т2. J. Mol. Биол. 240: 105-110.

Старая литература по фагам, например, до 1950-х годов, содержит множество примеров адаптации фагов к разным хозяевам.

Адаптация к измененным условиям

  • Бачер, Дж. М., Дж. Дж. Булл и А. Д. Эллингтон. 2003. Эволюция фага с химически неоднозначными протеомами. BMC Evol. Биол. 3:24
  • Булл, Дж. Дж., А. Якобосон, М. Р. Бэджетт и И. Дж. Молинью. 1998. Вирусный побег из
  • Меррил, К. Р., Б. Бисвас, Р. Карлтон, Н. К. Дженсен, Г. Дж. Крид, С. Зулло и С. Адхья. 1996. Бактериофаг с длительной циркуляцией как антибактериальный агент. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 93: 3188-3192.
  • Гупта К., Ю. Ли и Дж. Инь. 1995. Экстремофаг: отбор in vitro на толерантность к агрессивной среде. J. Mol. Evol. 41: 113-114.

Более старая фаговая литература, например, до 1950-х годов, также содержит примеры адаптации фагов к различным условия культивирования, Такие как фаг Т2 адаптация к малосолевым условиям.

Адаптация к высоким температурам.

  • Knies, J.L., R. Izem, K.L. Supler. J.G. Кингсолвер и К. Берч. 2006. Генетические основы эволюции нормы тепловой реакции в лабораторных и природных популяциях фагов. PLoS Биология. 4: e201.
  • Пун А. и Чао Л. 2005. Скорость компенсаторных мутаций в ДНК бактериофага _X174. Генетика. 170: 989-999.
  • Пун А. и Чао Л. 2004. Дрейф увеличивает преимущество пола в РНК бактериофаге _6. Генетика 166: 19-24.
  • Holder, K. K., and J. J. Bull. 2001. Профили адаптации двух одинаковых вирусов. Генетика 159: 1393-1404.
  • Булл, Дж. Дж., М. Р. Бэджетт и Х. А. Вичман. 2000. Мутации с большой пользой в бактериофаге подавляются нагреванием. Мол. Биол. Evol. 17: 942-950.

Адаптация как компенсация вредные мутации.

  • Пун А. и Чао Л. 2005. Скорость компенсаторных мутаций в ДНК бактериофага _X174. Генетика. 170: 989-999.
  • Heineman, R.H., I.J. Molineux и J.J. Bull. 2005. Эволюционная устойчивость оптимального фенотипа: повторная эволюция лизиса в бактериофаге, удаленном по его гену лизина. J. Mol. Evol. 61: 181-191.
  • Хаяси Ю., Х. Саката, Ю. Макино, И. Урабе и Т. Йомо. 2003. Может ли произвольная последовательность эволюционировать в сторону приобретения биологической функции? J. Mol. Evol. 56: 162-168.
  • Rokyta, D., M. R. Badgett, I. J. Molineux и J. J. Bull. 2002. Экспериментальная геномная эволюция: обширная компенсация потери активности ДНК-лигазы в вирусе. Мол. Биол. Evol. 19: 230-238.
  • Burch, C. L., and L. Chao. 1999. Эволюция РНК вируса маленькими шагами и суровыми ландшафтами _6. Генетика 151: 921-927.
  • Кловинс, Дж., Н. А. Царева, М. Х. де Смит, В. Берзиньш, Д. Ван. 1997. Быстрая эволюция механизмов контроля трансляции в геномах РНК. J. Mol. Биол. 265: 372-384. &
  • Olsthoorn, R.C. и J. van Duin. 1996. Эволюционная реконструкция шпильки, удаленной из генома РНК-вируса. Proc. Natl. Акад. Sci. США 93: 12256-12261.
  • Нельсон, М.А., М. Эриксон, Л. Голд и Дж. Ф. Пулитцер. 1982. Выделение и характеристика бактерий TabR: хозяева, ограничивающие мутанты бактериофага T4 rII Mol. Gen. Genet. 188: 60-68.
  • Нельсон, М.А. и Л. Голд. 1982. Выделение и характеристика бактериальных штаммов (Tab32), которые ограничивают мутанты 32 гена Т4 бактериофага Mol. Gen. Genet. 188: 69-76.

В ранней фаговой литературе есть много примеров адаптации фагов и компенсации вредных мутаций.

Адаптация к изменению фага вирулентность

  • Беттс А., Вассе М., Кальц О. и Хохберг М.Э. (2013). Назад в будущее: эволюция бактериофагов с целью повышения их эффективности против патогена Pseudomonas aeruginosa PAO1. Evol Appl PDF
  • Керр, Б., К. Нойхаузер, Б. Дж. М. Боханнан и А. М. Дин. 2006. Местная миграция способствует сдерживанию конкуренции в "трагедии общества" хозяин-патоген. Природа 442: 75-78.
  • Ван, И.-Н. 2006. Время лизиса и пригодность бактериофага. Генетика 172: 17-26.
  • Абедон, С. Т., П. Хайман и К. Томас. 2003. Экспериментальное изучение эволюции латентного периода бактериофага в ответ на доступность бактерий. Appl. Environ. Microbiol. 69: 7499-7506.
  • Messenger, S. L., I. J. Molineux и J. J. Bull. 1999. Эволюция вирулентности вируса подчиняется компромиссу. Proc. R. Soc. Лондон. B Biol. Sci. 266: 397-404.
  • Bull, J. J. и I. J. Molineux. 1992. Молекулярная генетика адаптации в экспериментальной модели сотрудничества. Evolution 46: 882-895.
  • Bull, J. J., I. J. Molineux и W. R. Rice. 1991. Селекция на благожелательность в системе паразит-хозяин. Evolution 45: 875-882.

В более ранней литературе по фагам есть многочисленные ссылки на вирулентность фагов и их эволюцию. Однако следует предупредить читателя, что вирулентность часто используется как синоним слова «не умеренный», что здесь не используется и не поощряется в целом.

Влияние секс /коинфекция

  • Р. Фруассар, К. О. Уилке, Р. Монтвилл, С. К. Ремольд, Л. Чао и П. Э. Тернер. 2004. Коинфекция ослабляет отбор против эпистатических мутаций в РНК-вирусах. Генетика
  • Монтвилл Р., Р. Фруассар, С. К. Ремольд, О. Тенайон и П. Э. Тернер. 2005. Эволюция мутационной устойчивости в РНК-вирусе. PLoS Биология 3: e381
  • Sachs, J.L. and J.J. Bull. 2005. Экспериментальная эволюция посредничества конфликтов между геномами. Proc. Natl. Акад. Sci. 102: 390-395.
  • Пун А. и Чао Л. 2004. Дрейф увеличивает преимущество пола в РНК-бактериофаге.
  • Тернер, П. Э. и Л. Чао. 1998. Пол и эволюция внутрихозяйственной конкуренции в РНК-вирусе _6. Генетика 150: 523-532.
  • Л. Чао, Т. Т. Тран и Т. Т. Тран. 1997. Преимущество пола в РНК-вирусе _6. Генетика 147: 953-959.
  • Мальмберг, Р. Л. 1977. Эволюция эпистаза и преимущества рекомбинации в популяциях бактериофага Т4. Генетика 86: 607-621.

Трещотка Мюллера

  • де ла Пенья, М., С. Ф. Елена и А. Мойя. 2000. Влияние накопления вредных мутаций на приспособленность РНК бактериофага MS2. Evolution 54: 686-691.
  • Л. Чао. 1990. Пригодность РНК вируса уменьшилась с помощью храповика Мюллера. Nature 348: 454-455.

Дилемма заключенного

  • Тернер, П. Э. и Л. Чао. 2003. Побег из дилеммы заключенного в РНК-фаге _phi6. Являюсь. Nat. 161: 497-505.
  • Тернер, П. Э. и Л. Чао. 1999. Дилемма заключенного в РНК-вирусе. Nature 398: 441-443.

Коэволюция

  • Баклинг, А., Ю. Вей, Р. К. Мэсси, М. А. Брокхерст и М. Э. Хохберг. 2006. Антагонистическая коэволюция с паразитами увеличивает стоимость вредных мутаций хозяина. Proc. R. Soc. Лондон. B Biol. Sci. 273: 45-49.
  • Морган, А. Д., С. Гандон и А. Баклинг. 2005. Влияние миграции на местную адаптацию в коэволюционирующей системе паразит-хозяин. Nature 437: 253-256.
  • Форд, С. Э., Дж. Н. Томпсон и Б. Дж. М. Боханнан. 2004. Адаптация меняется в пространстве и времени в процессе одновременного развития взаимодействия паразитоид-хозяин. Nature 431: 841-844.
  • Мидзогучи К., М. Морита, К. Р. Фишер, М. Йоичи, Ю. Танджи и Х. Унно. 2003. Коэволюция бактериофага PP01 и Escherichia coli O157: H7 в непрерывной культуре. Appl. Environ. Microbiol. 69: 170-176.
  • Баклинг, А., и П. Б. Рейни. 2002. Антагонистическая коэволюция между бактерией и бактериофагом. Proc. R. Soc. Лондон. B Biol. Sci. 269: 931-936.
  • Баклинг А. и П. Б. Рейни. 2002. Роль паразитов в диверсификации симпатрических и аллопатрических хозяев. Природа 420: 496-499.
  • Ленский, Р. и Б. Левин. 1985. Ограничения на совместную эволюцию бактерий и вирулентных фагов - модель, некоторые эксперименты и прогнозы для природных сообществ. Являюсь. Nat. 125: 585-602.
  • Чао, Л., Б. Левин, Ф. Стюарт. 1977 г. Сложное сообщество в простой среде обитания: экспериментальное исследование с бактериями и фагами. Экология. 58: 369-378.