پیش بینی تکامل از جهش های ژنتیکی

کمی زیست شناسان دیوید McCandlish و Juannan ژو در Cold Spring Harbor Laboratory توسعه یک الگوریتم با اخباری قدرت دادن به دانشمندان توانایی برای دیدن چگونه خاص جهش های ژنتیکی می تواند در ترکیب برای ایجاد بحرانی پروتئین تغییر در طول دوره از یک گونه را تکامل.

در توصیف طبیعت ارتباطاتالگوریتم به نام “حداقل epistasis الحاق” نتایج در یک تجسم چگونه یک پروتئین می تواند در تکامل و یا تبدیل شدن به بسیار موثر است یا موثر نیست در همه. آنها در مقایسه با عملکرد هزاران نسخه از پروتئین و پیدا کردن الگوهای چگونه باعث جهش در این پروتئین به تکامل از یک تابعی فرم خود را به دیگری.

“Epistasis” توصیف هر گونه تعامل بین جهش های ژنتیکی که در اثر یک ژن وابسته به وجود دیگری است. در بسیاری از موارد دانشمندان فرض کنیم که زمانی که واقعیت ندارد چین با پیش بینی مدل های این تعاملات بین ژن ها در بازی. با استفاده از این در ذهن McCandlish ایجاد این الگوریتم جدید با این فرض که هر جهش مهم است. اصطلاح “الحاق” توصیف عمل پیش بینی مسیر تکاملی از جهش یک گونه ممکن است تحت برای رسیدن به مطلوب عملکرد پروتئین.

محققان ایجاد الگوریتم با آزمایش اثرات خاص جهش های رخ داده در ژن است که استرپتوکوکی GB1 پروتئین است. آنها را در انتخاب GB1 پروتئین به دلیل ساختار پیچیده که تولید تعداد عظیمی از امکان جهش است که می تواند در ترکیب و در تعداد زیادی از راه های ممکن است.

“به دلیل این پیچیدگی تجسم این مجموعه داده شد بسیار مهم است می گوید:” McCandlish. “ما می خواستیم برای تبدیل اعداد به یک تصویر به طوری که ما می تواند به درک بهتر آنچه [داده] است که به ما می گوید.”

تجسم است مانند یک topological نقشه. ارتفاع و رنگ مرتبط با سطح پروتئین فعالیت و فاصله بین نقاط را بر روی نقشه نشان دهنده چه مدت آن طول می کشد برای جهش به تکامل به آن سطح از فعالیت.

این GB1 پروتئین شروع می شود در طبیعت با سطح متوسط پروتئین فعالیت, اما ممکن است تکامل را به یک سطح بالاتر پروتئین فعالیت از طریق یک سری از جهش رخ می دهد که در چند مکان مختلف.

McCandlish تشبیه مسیر تکاملی از پروتئین به پیاده روی که در آن پروتئین است که یک کوهنورد در تلاش برای رسیدن به بالاترین و یا بهترین قله کوه کارآمد ترین. ژن تکامل در همان شیوه ای: با یک جهش به دنبال راه مقاومت و افزایش بهره وری.

برای رسیدن به بهترین و بالا قله در رشته کوه های کوهنورد است که بیشتر احتمال دارد به سفر در امتداد ridgeline از پیاده روی تمام راه را به پایین به دره. رفتن در امتداد ridgeline کارآمد اجتناب دیگر برنامه به طور بالقوه دشوار صعود. در تجسم دره آبی منطقه که در آن ترکیبی از جهش نتیجه در بالاترین سطوح پروتئین و فعالیت است.

الگوریتم نشان می دهد که چگونه بهینه هر یک ممکن است جهش ترتیب است و چه مدت آن را برای یک توالی ژنتیکی به جهش به هر یک از بسیاری از دیگر رشته ممکن است. قدرت پيش بينی کنندگی ابزار می تواند ثابت کند به خصوص با ارزش در شرایطی مانند COVID-19 بیماری همه گیر. محققان نیاز به دانستن چگونه یک ویروس در حال تحول است به منظور می دانم که در آن و زمانی که برای رهگیری آن را قبل از رسیدن آن به خطرناک ترین شکل.

McCandlish توضیح می دهد که این الگوریتم همچنین می تواند کمک به “درک مسیرهای ژنتیکی که یک ویروس ممکن است آن را به عنوان تکامل می یابد برای فرار از سیستم ایمنی بدن و یا افزایش مقاومت بدن در برابر دارو. اگر ما می توانیم درک مسیرهای به احتمال زیاد پس شاید ما می تواند طراحی درمان است که می تواند به جلوگیری از تکامل مقاومت یا ایمنی بدن فرار کند.”

اضافی وجود دارد برنامه های کاربردی بالقوه برای چنین اخباری الگوریتم ژنتیک از جمله مواد مخدر و توسعه کشاورزی است.

“شما می دانید که در ابتدا از ژنتیک و… وجود دارد همه این حدس و گمان به آنچه در این ژنتیکی فضاهای نگاه می خواهم اگر شما در واقع می تواند به آنها نگاه” McCandlish اضافه شده است. “در حال حاضر ما واقعا آن را انجام! که واقعا سرد است.”

داستان منبع:

مواد ارائه شده توسط Cold Spring Harbor Laboratory. Original نوشته شده توسط برایان Stallard. توجه داشته باشید: محتوا ممکن است برای ویرایش سبک و طول.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im