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Erschienen in:
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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

10. Evolution mit dem Computer besser vergleichen

verfasst von : Thomas Dandekar, Meik Kunz

Erschienen in: Bioinformatik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Die Evolution von Populationen schafft neu Arten, das einzelne Lebewesen oder Protein ist ja in engen Rahmen durch das spezifische Genom festgelegt. Es entstehen immer neue Populationen mit immer neuen typischen Merkmalen (durch Mutation und bei sexueller Vermehrung durch Rekombination), die eine nahezu optimale Anpassung an die vorherrschende Umwelt erlauben, weniger umweltbezogene Merkmale werden seltener in der Population weiter vererbt (Selektion). Viele Varianten sind aber auch neutral oder es treten erst schlagartig neue Strukturen auf, wenn genug Mutationen vorliegen (neutrale Pfade bei RNA-Strukturen; „punctuated equilibrium“ nach Gould). Phylogenie (Stammbaumkunde) hilft, die Evolution verschiedener Spezies an Hand der geteilten oder nicht geteilten Merkmale über berechnete Vorgänger zu erschließen. Dabei gibt es schnellere (Neighbor joining) und genauere Methoden (Parsimony, am genauesten Maximum Likelihood). Begleitende Sequenz- und Sekundärstrukturanalysen zeigen konservierte und variable Bereiche sowie die Evolution der funktionellen Domänen. Möglichst genaue Stammbäume erfordern viel Übung und den systematischen Vergleich aller verfügbaren Informationen (z. B. alternative Stammbäume; Markerproteine).

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Literatur
Adamala K, Engelhart AE, Szostak JW (2015) Generation of functional RNAs from inactive oligonucleotide complexes by non-enzymatic primer extension. J Am Chem Soc 137(1):483–489CrossRefPubMed
Bhardwaj G, Mulligan VK, Bahl CD et al (2016) Accurate de novo design of hyperstable constrained peptides. Nature 538(7625):329–335. doi:10.​1038/​nature19791 (PubMed PMID: 27626386)
Brito IL, Yilmaz S, Huang K et al (2016) Mobile genes in the human microbiome are structured from global to individual scales. Nature 535(7612):435–439 (PubMed PMID: 27409808; PubMed Central PMCID: PMC4983458)
Chen TL, Chang JW, Hsieh JJ et al (2016) A sensitive peptide nucleic acid probe assay for detection of BRAF V600 mutations in melanoma. Cancer Genomics Proteom 13(5):381–386 (PubMed PMID: 27566656)
Eigen M, Winkler R (1975) Das Spiel, Naturgesetze steuern den Zufall. Piper, München (ISBN 3-492-02151-4 (14 Auflagen); Neuauflage: Rieck, Eschborn 2010–2016 (6. Auflage), ISBN 978–3-924043-95-7 * Das Buch wurde in sechs Sprachen übersetzt und lohnt sich sowohl wegen seiner klaren Darstellung, wie Evolution funktioniert, wie für die „Kugelspiele“, Selektionsexperimente mit Oktaeder-Würfeln und einem Schachbrett, die jeder Interessierte nachstellen kann.)
Garcia KE, Babanova S, Scheffler W, Hans M, Baker D, Atanassov P, Banta S (2016) Designed protein aggregates entrapping carbon nanotubes for bioelectrochemical oxygen reduction. Biotechnol Bioeng 113(11):2321–2327. doi:10.​1002/​bit.​25996 (PMID: 27093643).
Gould SJ (1989) Wonderful life: the Burgess Shale and the nature of history. Norton, New York (* Dieses Buch ist flüssig zu lesen und zeigt, dass Evolution keine Richtung hat und die Spezialisierung, in die der ursprüngliche Reichtum an Grundformen führt, auch auf einer Reihe zufälliger Auswahlprozesse für die Umweltanpassung beruht, sich also vermutlich kein zweites Mal genauso wiederholen würde.)
Gould SJ (1997) The exaptive excellence of spandrels as a term and prototype. Proc Natl Acad Sci USA 94(20):10750–10755 (PubMed PMID: 11038582; PubMed Central PMCID: PMC23474) (* Bausteine legen grundsätzliche Grenzen für Evolution fest. Das ist die Hauptaussage von Gould. Das stimmt auch beispielsweise für zentrale Stoffwechselmetabolite (s. Schmidt et al. 2003). Andererseits hilft uns unsere Technik, diese Grenzen zu überspringen, ganz neue Bausteine ins Spiel zu bringen.)
Maruyama T, Kimura M (1980) Genetic variability and effective population size when local extinction and recolonization of subpopulations are frequent. Proc Natl Acad Sci USA 77(11):6710–6714 (PubMed PMID: 16592920; PubMed Central PMCID: PMC350358 * Kimura ist ein großer Evolutionstheoretiker, der insbesondere alle Aspekte der neutralen Evolution erforscht hat.)
Neumann H, Wang K, Davis L et al (2010) Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome. Nature 464(7287):441–444. doi:10.​1038/​nature08817 (Epub 2010 Feb 14 PubMed PMID: 20154731)CrossRefPubMed
Schmidt S, Sunyaev S, Bork P et al (2003) Metabolites: a helping hand for pathway evolution? Trends Biochem Sci 28(6):336–341 (Review. PubMed PMID: 12826406 * Hier haben wir untersucht, wie wichtige Metabolite den Stoffwechsel in der Evolution voranbringen. Außerdem zeigte sich, dass die nur 20 % variablen Enzymstrukturen 80 % aller Reaktionen katalysieren, aber die 80 % nicht so adaptierbaren sich die übrigen nur 20 % Reaktionen teilen.)
Tellier A, Moreno-Gámez S, Stephan W (2014) Speed of adaptation and genomic footprints of host-parasite coevolution under arms race and trench warfare dynamics. Evolution 68(8):2211–2224. doi:10.​1111/​evo.​12427 PubMed
Vourekas A, Alexiou P, Vrettos N et al (2016) Sequence-dependent but not sequence-specific piRNA adhesion traps mRNAs to the germ plasm. Nature 531(7594):390–394. doi:10.​1038/​nature17150 (Epub 2016 Mar 7. PubMed PMID: 26950602; PubMed Central PMCID: PMC4795963)
Wang Y, Yang YJ, Chen YN et al (2016) Computer-aided design, structural dynamics analysis, and in vitro susceptibility test of antibacterial peptides incorporating unnatural amino acids against microbial infections. Comput Methods Programs Biomed 134:215–223. doi:10.​1016/​j.​cmpb.​2016.​06.​005 (Epub 2016 Jul 6 PubMed PMID: 27480745)CrossRefPubMed
Winstel V, Liang C, Sanchez-Carballo P et al (2013) Wall teichoic acid structure governs horizontal gene transfer between major bacterial pathogens. Nat Commun 4:2345. doi:10.​1038/​ncomms3345 (* Hier zeigen wir, wie die Zellwand durch Teichon-Säuren so geändert werden kann, dass andere Phagen die Staphylokokken befallen. Dies führt dann zu einer starken genetischen Barriere und beschleunigt die Entwicklung unterschiedlicher Staphylokokken und Bakterienstämme.)
Metadaten
Titel
Evolution mit dem Computer besser vergleichen
verfasst von
Thomas Dandekar
Meik Kunz
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Bioinformatik

Print ISBN: 978-3-662-54697-0

Electronic ISBN: 978-3-662-54698-7

Copyright-Jahr: 2017

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-54698-7_10