Die gerichtete Evolution (DE) ist eine Methode zur Herstellung von Enzymen für industrielle oder medizinische Zwecke.
Die Methode ist das Protein-Engineering, das die natürliche Selektion nachahmt.
Die Grundidee besteht darin, ein Gen wiederholten Mutationsrunden zu unterziehen, um eine Bibliothek von Varianten zu erstellen. Durch Selektion werden Gene mit der gewünschten Funktion isoliert. Sie sind eine Vorlage für die nächste Runde.
Dies kann in vivo (in lebenden Zellen von Bakterien oder Hefe) oder in vitro (frei in Lösung oder Mikrotröpfchen) erfolgen.
Die Prüfung von mehr Mutanten erhöht die Chancen, eine mit den gewünschten Eigenschaften zu finden.
Während der In-vivo-Evolution wird jede Zelle (normalerweise Bakterien oder Hefe) mit einem Plasmid transformiert, das ein anderes Mitglied der Variantenbibliothek enthält. Nur das interessierende Gen unterscheidet sich zwischen den Zellen, während alle anderen Gene gleich bleiben.
Die Zellen exprimieren das Protein entweder in ihrem Zytoplasma oder an der Oberfläche, wo seine Funktion getestet werden kann. Dieses Format hat den Vorteil, nach Eigenschaften in einer zellulären Umgebung zu selektieren, was nützlich ist, wenn das entwickelte Protein oder die RNA in lebenden Organismen verwendet werden soll.
Wenn DE ohne Zellen durchgeführt wird, verwendet es die In-vitro-Transkriptionsübersetzung, um Proteine oder RNA frei in Lösung oder in künstlichen Mikrotröpfchen herzustellen. Dies hat den Vorteil, dass mehr Bedingungen (z.B. Temperatur, Lösungsmittel) möglich sind. Es kann Proteine exprimieren, die für Zellen toxisch wären. Darüber hinaus können in vitro-Evolutionsexperimente weitaus größere Bibliotheken (bis zu 1015) erzeugen, da die Bibliotheks-DNA nicht in Zellen eingefügt werden muss. Das schränkt oft ein, was getan werden kann.
