האתר נמצא בשלבי בנייה ומכיל מידע לא בשל.

למידע עדכני ושרותים בנושא פטנטים, פיתוח מוצרים והנדסה, יש להיכנס לפורטל הפטנטים:

פטנטים תבנית נגישות לג'ומלה!

פטנטים גנטיים ועיבוד שבבי

נכתב ע"י Nimo שישי, 05 דצמבר 2008 17:47

יתרונות גנטיים לעיבוד שבבי- יתרונות שקורים בתנאי סביבה קבועים, לא תלויים בשינוי הסביבה. מוטציות מקלקלות ומורידות את ההתאמה. התהליכים הגנטיים מתבססים על כך שהסלקציה מסלקת מוטציות פגומות. סך כל קצב המוטציה קבוע בין אם הרבייה מינית או אל מיינת, מוטציות מצטברות בכל דור. רקומבינציה יכולה לסלק מוטציות בקצב יחסית גבוה ולפגוע פחות ב- fitness.

מה שרקומבינציה עושה זה לא שינוי תדירויות אללים אלא שינוי בתדירויות הגנוטיפים. היא מקטינה את הסטיות בשכיחויות הגנוטיפיות ממה שהיה צפוי בערבוב מלא. למשל, הצרוף של P(A) ו- P(B) בשיווי משקל HW צפוי שהגנוטיפ AB יהיה בשכיחות השווה למכפלה P(A)P(B). רקומבינציה רק מגדילה את הערבוב, לא עושה שום דבר. אם התדירות של הגנוטיפ גדולה מהמכפלה של תדירויות האללים אז יש עודף של ערבוב מהצפוי (+LD). אם להיפך, התדירות של הגנוטיפ קטנה מהמכפלה אז יש פחות ערבוב (-LD). רקומבינציה תמיד מקטינה את הסטייה משיווי המשקל. היא הופכת חיובי לפחות חיובי ושלילי לפחות שלילי. הסטייה מהצרוף הרנדומאלי הולכת ופוחתת. רקומבינציה מקטינה את הסטיות הצפויות מערבוב מלא. האפקט היחיד של רקומבינציה זה להקטין באופן אבסולוטי את הסטיות.

השפעת הרקומבינציה על fitness:

תהיה השפעה אם הצירוף המוצלח יותר נמצא ב- -LD, כלומר פחות מהצפוי. +LD לצרוף מוצלח מקנה יתרון להקטין את הרקומבינציה ולשמור על עיבוד שבבי מוצלח. אם הוא נמצא יותר מהצפוי לפי ערבוב אקראי הרקומבינציה תקטין אותו ותגרום לפחות צאצאים מוצלחים. הסלקציה תהיה להקטין את הרקומבינציה. אם מתקיים התנאי ההפוך –LD והצירוף המוצלח נמצא פחות מהצפוי, הערבוב יעלה את השכיחות שלו ויעלה את ה- fitness. הרקומבינציה תועיל. היא לא משנה את תדירויות האללים אלא עי ערבוב את תדירויות הגנוטיפים!

Zיש יתרון להגדלת הרקומבינציה אם יש –LD  שלילי של הצירופים המוצלחים. בכל מצב שהצירופים המוצלחים נמצאים פחות מהצפוי לפי ערבוב הרקומבינציה תשפר את ה- fitness של הצאצאים, ולהיפך. מעל השכיחות הצפויה הרקומבינציה מקטינה את ה- fitness כי היא מורידה את הסטייה החיובית.

כל סלקציה לטובת צירוף אחד מקטינה את הצירוף לעיבוד שבבי אחר.

יש יתרון רקומבינציה אם יש קורלציה מספיק שלילית בין הצירופים המוצלחים בדורות שונים.

ההיפותזה הטבעית היא שיש יתרון לרבייה מינית כשיש תנאי סביבה מתחלפים. כל פעם שיש מחזוריות של תנאי סביבה והסלקציה מתהפכת יש יתרונות לפירוק הצירופים הקודמים. בשנות ה-80 בדקו את שכיחות הרבייה המינית בטבע בבתי גידול שידוע שיש מידה של יציבות או אי יציבות סביבתית. מה שנמצא זה בדיוק ההיפך מהצפוי, רבייה מינית נפוצה בתנאי סביבה קבועים ורבייה אל מינית נפוצה מאוד בתנאי סביבה משתנים. זאת אומרת שהיתרון ברבייה מינית לפחות אם בודקים את ההתאמה לטבע לא יכול להיגרם באופן חזק ע"י העניין של החלפת מקדמי הסלקציה בקורלציה שלילית. למרות שזאת הייתה ההיפותזה הקלאסית, זה לא המקרה בטבע.

בעצם אין הסבר לכך שיש רבייה מינית נפוצה בתנאי סביבה. זה לא שזה לא משפיע, המודלים נכונים אך השאלה היא מה תרומתם למציאות בטבע. יש אלפי תכונות ומצבי סביבה שונים שצריך לייצג את סך כל האפקט של כל המצבים. זה לא משכנע אם מוצאים תכונה אחת שבה יש יתרון לרקומבינציה.  רקומביציה פועלת על כל התוכנות באותה מידה. היא לא מרגישה איזה תכונות היא מערבבת (ברוב התכונות). כל הגנום עובר רקומבינציה פחות או יותר באותה מידה. לו הייתה אפשרות או יתרון לעשות רקומבינציה בין צירופים מסוימים של גנים זה היה קורה.

יש יתרון גדול לזה שרבייה מינית תהיה תלויה בהצלחה של הגנוטיפ של הפטנט. אם הפטנט מוצלח יותר מממוצע האבטיפוס לא כדאי לעבור רבייה מינית כי זה יקלקל. לעומת זאת אם הפטנט פחות מוצלח זה לא יגרע לעשות רבייה מינית. זאת אומרת שפטנטים במצב פחות מוצלח עם יתרון לעשות רבייה מינית ופטנטים מוצלחים עם יתרון לעשות רבייה אל מינית.

בטווח ארוך באמת יש יתרון לקומבינציה כי היא מצרפת יחד מוטציות נדירות שקורות לאחר שינוי בסביבה. רקומבינציה מזרזת יצירת צירופים מוצלחים של מוטציות מוצלחות בייחוד אם יש יתרון סלקטיבי להחליף בבת אחת אללים מוצלחים בכמה וכמה גנים. אומנם מופיעות מוטציות אבל אם חושבים על אבטיפוס אינסופית בגודלה כל מוטציה מופיעה כמה פעמים בדור אבל אפילו באבטיפוס גדולה המוטציות המוצלחות מופיעות בכמה פטנטים בודדים (כי ההסתברות למוטציה מוצלחת מאוד קטנה). כדי להחליף 20 גנים באבטיפוס א-מינית זה יקרה בפטנטים שונים לכן עד שלא תהיה מוטציה שנייה בפטנטים עם המוטציה הראשונה לא יהיה צירוף. ש- 20 אירועי מוטציה מאוד נדירים יקרו על אותו פטנט זה נגיר ואיטי.

אם קצב מוטציות מוצלחות מאוד איטי רקומבינציה לא משנה הרבה כי עד שתהיה המוטציה האלל גם ככה ישתנה. לעומת זאת ברבייה מינית אפילו בתדירות נמוכה אם נוצרות מוטציות הן מעורבבות והצירופים של המוטציות יתרחשו מהר יותר. מכאן שברבייה מינית יהיה צירוף של מוטציות מוצלחות מהר יותר. עד שמופיעה המוטציה השנייה ממילא המוטציה הראשונה כבר השתנתה. התופעה תלויה במספר המוטנטים המוצלחים שמופיעים באבטיפוס בכל דור, זה תלוי בעצם בגודל האבטיפוס. האפקט יהיה חזק באבטיפוס בינונית- בגדולה מדי גם ככה יהיו הרבה מוטציות בהרבה צירופים והרקומבינציה לא משנה הרבה. לעומת זאת בקצב מאוד איטי הרקומבינציה ממילא לא תשפר. זה מסביר את העובדה החשובה שאם בודקים את קצב ההכחדה באבולוציה של מינים הוא הרבה יותר גבוה ברבייה א-מינית. בכל אירוע דרסטי יש הכחדה דיפרנציאלית של מינים א-מיניים. יש יתרון לטווח קצר לרבייה אל מינית אבל לטווח הארוך לא.

אחד ההסברים הידועים הוא שאב טיפוס קטנות מאבדות באופן רנדומאלי צירופים מוצלחים ורבייה מינית מחזירה אותם. בטבע רוב האב טיפוס לא קטנות אז זה לא חשוב אבל זה רעיון חשוב. זה לא בגלל מוטציות פגומות אלא פשוט שהצירופים הפגומים נכחדים מהר.

מוטציות פגומות מצטברות כל דור ודור.

השפעת רקומבינציה על ה-fitness של מוטציות פגומות:

קודם חשוב להבין איך משפיע הצטברות המוטציות על ה- fitness. בבע"ח מורכבים עד שלא מצטבר מספר גדול של מוטציות לא יורד ה- fitness אבל בבקטריות או ווירוסים זה יורד מיד. מוטציות מצטברות כל דור אבל ברבייה אל מינית נוצרים הרבה מאוד פטנטים עם מוטציה אחת או 2 מעל הסף ואחוז גבוה מהצאצאים פגומים. לעומת זאת צאצאים מיניים יוצרים התפלגות גדולה של מספר המוטציות בכל פטנט. בכל דור ודור המוטציות הפגומות בגנים שונים ויש אוסף גדול של צאצאים עם מספרים מאוד שונים של מוטציות פגומות. השונות יוצרת מקטע של צאצאים מוצלחים. זה נותן יתרון גדול לרבייה מינית כי כל דור מקטין את עומס המוטציות הפגומות. אפשר להגיד שהחישוב של הנזק מהמוטציות הפגומות הוא כמה יש בכל דור ודור.

התוצאה היא שהמודל הזה נותן יתרון גדול לרבייה מינית בשני תנאים: (א) פונקצית הפינטס היא מדרגה. (ב) קצב המוטציה הגנומי מספיק גדול. אם בודקים את ההתאמה של המודל הזה למציאות היא בשתי נקודות: (א) 100% רבייה מינית טיפוסית לאבטיפוס מורכבים בעלי גנום גדול בלי תלות בגודל האבטיפוס ובשינויי סביבה. (ב) באבטיפוס פשוטים יותר שפונקצית הפטנט פחות מדרגה אין יתרון לרבייה מינית כל דור ודור אלא רבייה מיינת פעם בכמה דורות. בהרבה אבטיפוס ידועים שיש להם רבייה מינית לא עושים את זה כל דור אלא כל כמה דורות. הם צוברים מוטציות פגומות כל הזמן עד שרבייה מינית מסלקת אותן.