Эдуард Трифонов - Edward Trifonov

Эдуард Николаевич Трифонов
Edward N. Trifonov – profile office photo.jpg
Родившийся31 марта 1937 г. (1937-03-31) (возраст83)
Ленинград, СССР
НациональностьИзраильский
Альма-матерМосковский физико-технический институт
ИзвестенПериодичность ДНК, ДНК кривизна нуклеосома позиционирование, структура белка, молекулярная эволюция
Научная карьера
ПоляБиоинформатика, геномика, молекулярная биофизика, протеомика
УчрежденияМосковский физико-технический институт
Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова
Институт науки Вейцмана
Хайфский университет
ДокторантЮрий Семенович Лазуркин
ДокторантыХайме Лагунес

Эдуард Николаевич Трифонов (иврит: אדוארד טריפונוב‎, русский: Эдуапд Тpифoнoв; б. 31 марта 1937 г.) родился в России и родился в Израиле. молекулярный биофизик и основатель израильской биоинформатика. В своих исследованиях он специализируется на распознавании паттернов слабых сигналов в биологические последовательности и известен своими неортодоксальными научными методами.

Он обнаружил периодичность 3 и 10 пар нуклеотидов в последовательностях ДНК, а также правила, определяющие кривизну ДНК молекулы и их изгиб внутри нуклеосомы. Трифонов представил несколько новых кодов в биологических последовательностях и модульном структура белков. Он предложил абиогенный теория происхождения жизни, и молекулярная эволюция с одного нуклеотиды и аминокислоты на сегодняшний день ДНК и белковые последовательности.

биография

Трифонов родился в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург ), СССР в 1937 году. Его воспитывали мать Рива и отчим Николай Николаевич Трифонов. Еще в школьные годы он увлекся лекарство и физика.[1] В итоге он пошел учиться биофизика в Москве. Свою научную карьеру начал в СССР. В 1976 году он сделал алия (иммигрировал как еврей) к Израиль.[2] Его образец для подражания является Грегор Мендель.[1][3]

Образование и научная карьера

С отказники и Андрей Сахаров до 1976 г.

Трифонов окончил[4] в биофизике из Московский физико-технический институт в 1961 г. и получил степень доктора философии в молекулярная биофизика там в 1970 году. С 1961 по 1964 год работал научным сотрудником Московского физико-технического института. Затем перешел на биологический факультет Физико-технического института. Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова в Москве, где пробыл до 1975 года. После иммиграции в Израиль он поступил на работу в отдел исследований полимеров в Институт науки Вейцмана как доцент. Он проработал там с 1976 по 1991 год, а в 1992 году перешел на кафедру структурной биологии в должности профессора. заслуженный в 2003 году. В то время он также был руководителем Центра структуры и эволюции генома в Институте молекулярных наук в г. Пало-Альто, Калифорния (1992–1995).

Трифонов был руководителем Центра разнообразия генома в Институте эволюции Хайфский университет в Израиле с 2002 г., профессор Масариковский университет в Брно, Чехия с 2007 года.

Членство в научных обществах

  • Биохимическое общество СССР (1970)
  • Национальный комитет Израиля по CODATA (1987)
  • Международное общество молекулярной эволюции (1993)
  • Международное общество генной терапии и молекулярной биологии (1997)

Редакционно-консультативный совет

  • Редактор, секции микробиологии и биохимии Русского «Биологические аннотации» (1970–1975)
  • Редактор, Журнал биомолекулярной структуры и динамики (1988–1995)
  • Редакционная коллегия и заместитель редактора, Журнал молекулярной эволюции (1993–2004)
  • Ученый совет Колледж Иудеи и Самарии (Кедумим –Ариэль, Западный берег) (1994–1999)
  • Редакционная коллегия Генная терапия и молекулярная биология (с 1997 г.)
  • Редакционная коллегия ОМИКС, Журнал интегративной биологии (с 2006 г.)
  • Редакционный совет, Биомолекулярная структура и динамика (с 2010)

Исследование

В начале своей научной карьеры Трифонов изучал характеристики ДНК с помощью биофизический методы. После переезда в Израиль в 1976 году он перешел на биоинформатика, и создал первую исследовательскую группу по этой дисциплине в стране.[5] Он известен своим новаторским взглядом на мир биологические последовательности.[6]

Области исследований

Периодичность в биологических последовательностях

Трифонов первым применил цифровая обработка сигналов методы биологических последовательностей. В 1980 году он и Джоэл Сассман использовал автокорреляция Анализировать хроматин Последовательности ДНК.[7] Они первыми обнаружили два периодических паттерна в последовательностях ДНК, а именно: 3 п.н. и периодичность 10-11 бп (10,4).[8]

Структура хроматина

С самого начала своего израильского научного периода Трифонов занимается изучением хроматин структура,[9] исследование того, как определенные сегменты ДНК упакованы внутри клеток в комплексы белок-ДНК, называемые нуклеосомы. В нуклеосоме ДНК вращается вокруг гистон белковый компонент. Принцип этой намотки (и, следовательно, правила, определяющие положение нуклеосом), не был известен в начале 1980-х годов, хотя множество модели было предложено.[10] К ним относятся

  • Модель «шарнира»: молекула ДНК представляла собой жесткую стержнеобразную структуру, прерываемую резкими перегибами (до 90 °), при этом прямые участки кратны 10бп длинный.
  • «Изотропная» модель: молекула ДНК плавно изгибается по своей длине с одинаковым углом между каждыми двумя пар оснований.
  • Модель с «мини-изгибами»: аналогична модели с петлями, но с более плавными изгибами каждые 5бп.

Трифонов поддержал концепцию плавного изгиба ДНК.[11] Однако он предположил, что углы между пар оснований не равны, но их размер зависит от конкретных соседних пар оснований, таким образом вводя «анизотропную» или «клиновую» модель.

Эта модель была основана на работе Трифонова и Джоэл Сассман кто показал[12] в 1980 г. некоторые из динуклеотидов (нуклеотид димеры ) часто расположены на регулярных (периодических) расстояниях друг от друга в хроматиновой ДНК. Это было прорывным открытием[12] инициируя поиск последовательность паттерны в ДНК хроматина. Они также указали, что эти динуклеотиды повторяются с тем же периодом, что и предполагаемый подача (длина одного повтора спирали ДНК) ДНК хроматина (10,4бп ).

Таким образом, в своей модели клина Трифонов предположил, что каждая комбинация соседних пар оснований образует определенную угол (специфично для этих пар оснований). Он назвал эту особенность кривизной.[13] Более того, он предположил, что помимо кривизны, каждая ступенька пары оснований может деформироваться в разной степени, будучи привязанной к октамер гистонов и он назвал это изгибом.[14] Эти две особенности ДНК, присутствующие в нуклеосомах - кривизна и изгиб в настоящее время считаются основными факторами, играющими роль в позиционировании нуклеосом.[15]:41 Периодичность других динуклеотидов была подтверждена позже Александр Большой и коллеги.[16] Наконец, идеальная последовательность нуклеосомной ДНК была получена в 2009 году Габданком, Барашем и Трифоновым.[17] Предлагаемая последовательность CGRAAATTTYCG (R обозначает пурин: A или G, Y для пиримидин: C или T) выражает предпочтительный порядок динуклеотидов в последовательности нуклеосомной ДНК. Однако некоторые ученые оспаривают эти выводы.[18]

Другой вопрос, тесно связанный со структурой хроматина, на который пытался ответить Трифонов, - это длина спирального повтора (витка) ДНК в нуклеосомах.[15]:42 Известно, что в свободной ДНК (т.е. ДНК, которая не является частью нуклеосомы) спираль ДНК поворачивается на 360 ° примерно на 10,5 °.бп. В 1979 году Трифонов и Томас Беттекен по оценкам[19] длина нуклеосомного повтора ДНК составляет 10,33–10,4бп. Это значение было окончательно подтверждено и увеличено до 10,4.бп с кристаллографический анализ в 2006 году.[20]

Множественные генетические коды

Трифонов выступает[21]:4 понятие, что биологические последовательности нести много коды вопреки общепризнанному генетический код (кодирование аминокислоты порядок). Он также был первым, кто продемонстрировал[22] что в ДНК. Он указывает, что даже так называемые некодирующая ДНК имеет функцию, т.е. содержит коды, хотя и отличается от тройной код.

Трифонов признает[21]:5–10 конкретные коды в ДНК, РНК и белки:

  1. в последовательностях ДНК
    код хроматина (Трифонов 1980 )
    представляет собой набор правил, отвечающих за расположение нуклеосом.
  2. в последовательностях РНК
    Код трансляции РНК в белок (тройной код )
    Каждому триплету в последовательности РНК соответствует (равно переведено ) к конкретному аминокислота.
    код сращивания
    код, отвечающий за Сплайсинг РНК; все еще плохо идентифицированы.
    код кадрирования (Трифонов 1987 )
    В консенсусная последовательность из мРНК это (GCU)п который является дополнительным к (xxC)п в рибосомы.
    Он поддерживает правильный рамка чтения в течение мРНК перевод.
    код приостановки перевода (Махуль и Трифонов 2002 )
    Кластеры редких кодоны размещены на расстоянии 150 бп друг от друга.
    В перевод время этих кодонов больше, чем их синоним аналоги, которые замедляют процесс трансляции и, таким образом, дают время для только что синтезированного сегмента белка складывать правильно.
  3. в белковых последовательностях
    код сворачивания белка (Березовский, Гросберг и Трифонов 2000 )
    Белки состоят из модулей.
    Вновь синтезированный белок сворачивается модуль за модулем, а не целиком.
  4. коды быстрой адаптации (Трифонов 1989 )
  5. коды эволюционного прошлого
    бинарный код (Трифонов 2006 )
    Первыми древними кодонами были GGC и GCC, из которых другие кодоны были получены серией точечные мутации. В настоящее время мы можем видеть это в современных генах как «мини-гены», содержащие пурин в среднем положении в кодонах, чередующихся с сегментами, имеющими пиримидин в середине нуклеотиды.
    код сегментации генома (Колкер и Трифонов 1995 )
    Метионины происходят каждые 400 бит / с в современных последовательностях ДНК в результате слияние древних независимых последовательностей.

Коды могут перекрываться[21]:10 друг друга, так что до 4 различных кодов могут быть идентифицированы в одной последовательности ДНК (в частности, последовательность, участвующая в нуклеосома ). По словам Трифонова, других кодов еще предстоит открыть.

Модульная структура белков

Концепция Трифонова белок модули пытается ответить на вопросы белков эволюция и сворачивание белка. В 2000 году Трифонов с Березовским и Гросбергом учились[23] белковые последовательности и попытались идентифицировать простые последовательные элементы в белках. Они постулировали, что структурно разнообразный закрытый петли из 25–30 аминокислотные остатки являются универсальными строительными блоками белковых складок.

Они предположили, что в начале эволюция, были короткие полипептидные цепи которые позже образовали эти замкнутые петли. Они предполагали[24] что петлевая структура обеспечивала большую стабильность последовательности и, таким образом, была предпочтительной в эволюции. Современные белки, вероятно, представляют собой группу замкнутых петель. сплавлен вместе.

Чтобы проследить эволюцию последовательностей, Трифонов и Захария Френкель ввели[25][26] концепция белок пространство последовательности на основе белковых модулей. Это сеть расположение последовательности фрагменты длиной 20 аминокислоты получен из коллекции полностью секвенированные геномы. Каждый фрагмент представлен как узел. Два фрагмента с определенной степенью сходства друг с другом соединяются ребром. Такой подход должен позволить определить функция не охарактеризованных белков.

Модульность белка также может дать ответ на Парадокс Левинталя, т.е. вопрос, как последовательность белка может сворачиваться за очень короткое время.[27]

Молекулярная эволюция и происхождение жизни

В 1996 г. Томас Беттекен, немец генетик заметил[28]:108 что большая часть болезни распространения триплетов можно отнести только к двум триплетам: GCU и GCC, остальные являются их перестановками или дополнительными аналогами. Он обсудил эту находку со своим другом и коллегой Трифоновым. Трифонов ранее обнаружил (GCU)п быть скрытым мРНК консенсусная последовательность. Таким образом, сочетание этих двух фактов привело их к мысли, что (GCU)п может отражать образец древнего мРНК последовательности.

Первые тройни

Поскольку GCU и GCC оказались наиболее расширяемыми (или наиболее «агрессивными») тройками, Трифонов и Беттекен сделали вывод, что они могут быть первыми двумя. кодоны. Их способность быстро расширяться по сравнению с другими тройняшками предоставит им эволюционный преимущество.[29]:123 Одинокий точечные мутации из этих двух породит 14 других троек.

Консенсусный временной порядок аминокислот

Имея подозреваемых первых двух тройняшек, они задумались, что именно аминокислоты появились первые, или в более общем порядке, в каком порядке все протеиногенные аминокислоты появился. Для ответа на этот вопрос они прибегли к[28]:108 к трем, по их мнению, наиболее естественным, гипотезам:

  1. Самые ранние аминокислоты были химически простейшими.
  2. Они будут присутствовать среди товары из Эксперимент Миллера – Юри.
  3. Они будут связаны с более старым из двух известных классов аминоацил-тРНК синтетазы.

Позже Трифонов собрал даже 101 критерий.[21]:123 для порядка аминокислот. Каждый критерий можно представить в виде вектора длиной 20 (для 20 основных аминокислот). Трифонов усреднил по ним и получил предложенный временной порядок появления аминокислот, глицин и аланин будучи первыми двумя.

Результаты и прогнозы

Трифонов развил эти концепции и предложил[28]:110–115 эти понятия:

  • Эволюционная таблица тройной код.
  • Глицин -содержание белка можно использовать как меру соответствующего возраста белка (Глициновые часы ).[30]
  • Белки состоят из коротких олигопептидов, полученных из древних последовательностей, которые либо олигоаланины или же олигоглицины (таким образом, два «алфавита»).
  • Эти два алфавита различаются по типу нуклеотид в средних позициях в тройках (пурины или же пиримидины ) предоставляют нам «двоичный код», который можно использовать для более точного анализа родства белков.

Определение жизни

Часть работы Трифонова над молекулярная эволюция его цель - найти краткий определение жизни. Он собрал[31] 123 определения других авторов. Вместо того чтобы иметь дело с логическими или философскими аргументами, он проанализировал словарь нынешних определений. По подходу, близкому к Анализ главных компонентов, он получил консенсусное определение: "Жизнь - это самовоспроизведение с вариациями«Эта работа получила множество критических замечаний.[32]

Методы и подходы исследования

Сложность лингвистической последовательности

Дальнейшая информация: Сложность лингвистической последовательности

Сложность лингвистической последовательности[33] (LC) - мера, введенная Трифоновым в 1990 году. Она используется для анализа и определения характеристик биологические последовательности. LC последовательности определяется как «богатство» ее словаря, то есть сколько различных подстрок определенной длины присутствует в последовательности.

Терминология

Кривизна ДНК против изгиба ДНК

Трифонов строго различает[15]:47 между двумя понятиями:

кривизна
собственность бесплатно ДНК имеющий криволинейную форму из-за небольшого различия углов между соседними пар оснований
изгиб
деформация ДНК в результате связывания с белками (например, с октамер гистонов )

Обе эти функции управляются конкретным Последовательность ДНК.

(Множественные) генетические коды

Хотя научное сообщество признает один генетический код,[21]:4 Трифонов продвигает идею множественные генетические коды. Он обращается к повторяющимся событиям открытия еще одного «второго» генетического кода.

Почести

Цитаты

  1. ^ а б Чешское ТВ 2011.
  2. ^ Интерфейс журнал 1999.
  3. ^ IL GSGM 2010.
  4. ^ Трифонов: Резюме.
  5. ^ Журнал Interface 1999.
  6. ^ Награда за выдающееся членство ISBCB.
  7. ^ Трифонов и Сассман 1980.
  8. ^ Вайдьянатан и Юн 2004 и Попцова 2014, п. 128
  9. ^ Трифонов: Публикации.
  10. ^ Журкин, Лысов и Иванов 1979, п. 1081.
  11. ^ Трифонов 1980, п. 4041.
  12. ^ а б Трифонов и Сассман 1980 цитируется в Цуй и Журкин 2010, п. 822
  13. ^ Трифонов и Сассман 1980 и Трифонов 1980 цитируется в Цуй и Журкин 2010, п. 822 и Трифонов 2011б, п. 41 год
  14. ^ Охьяма 2001, п. 708.
  15. ^ а б c Трифонов 2011б.
  16. ^ Большой и др. 1991 г. цитируется в Перес-Мартин, Рохо и де Лоренцо 1994, п. 268
  17. ^ Габданк, Бараш и Трифонов 2009 цитируется в Трифонов 2011б, п. 46
  18. ^ Трэверс 2011, п. 54.
  19. ^ Трифонов и Беттекен 1979 цитируется в Трифонов 2011б, п. 42
  20. ^ Коханим, Трифонов и Каши 2006 цитируется в Трифонов 2011б, п. 42
  21. ^ а б c d е Трифонов 2008а.
  22. ^ Трифонов 1980 цитируется в Трифонов 2008, п. 4
  23. ^ Березовский, Гросберг и Трифонов 2000.
  24. ^ Трифонов и Березовский 2003.
  25. ^ Френкель и Трифонов 2007.
  26. ^ Френкель и Трифонов 2008.
  27. ^ Березовский и Трифонов 2002.
  28. ^ а б c Трифонов 2006.
  29. ^ Трифонов 2008б.
  30. ^ Трифонов 1999.
  31. ^ Трифонов 2011а.
  32. ^ Циммер 2012
    Шостак 2012
    Ди Мауро 2012
    Кунин 2012
    Миттал 2012
    Сарма 2012
  33. ^ Трифонов 1990 цитируется в Троянская и др. 2002 г., п. 680
  34. ^ Награда за выдающееся членство ISBCB
    Отчет об 11-м симпозиуме ISBCB
    Домашняя страница ISBCB

Рекомендации

Книги

  • Трифонов, Эдвард Н. (2006). «Теория ранней молекулярной эволюции: прогнозы и подтверждения». В Eisenhaber, Франк (ред.). Открытие биомолекулярных механизмов с помощью вычислительной биологии. Springer. ISBN  978-0-387-34527-7. Получено 22 марта 2012.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Трифонов, Эдвард Н. (2008a). «Коды биопоследовательностей». В Барбьери, Марчелло (ред.). Коды жизни. Биосемиотика. 1. Springer (опубликовано в 2008 г.). С. 3–14. Дои:10.1007/978-1-4020-6340-4_1. ISBN  978-1-4020-6339-8.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Попцова, Мария Сергеевна (2014). Попцова Мария Сергеевна (ред.). Геномный анализ: современные процедуры и приложения. Норфолк: Caister Academic Press. ISBN  9781908230294.

Научные статьи

Научные статьи - первоисточники

Журналы

Средства массовой информации

Сайты

внешняя ссылка