Directed evolution is a method used in protein engineering to harness the power of natural selection to evolve proteins or RNA with desirable properties not found in nature.
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- Als gerichtete Evolution bezeichnet man die Optimierung und Veränderung von Proteinen, Enzymen und Nukleinsäuren auf evolutionärem Wege in vitro, d. h. mittels einer zufallsbasierten Mutagenese und nachfolgender Identifizierung von verbesserten Mutanten. Sie wird vor allem in der weißen Biotechnologie und der Biokatalyse zunehmend angewandt, um die Eignung von Enzymen für industrielle Anwendungen zu verbessern. Während beim rationalen Proteindesign, also dem Verändern eines Proteins durch gezielte Einführung von Mutationen in sein Gen, genaue Kenntnis der Struktur des Proteins und seines Wirkungsmechanismus notwendig ist, ist für die gerichtete Evolution lediglich eine Selektion der gesuchten Mutanten erforderlich. Für Eigenschaften von Enzymen wie der Lösemittel- oder der Temperaturstabilität, deren molekulare Ursachen noch nicht ausreichend verstanden sind, ist daher die gerichtete Evolution das Mittel der Wahl. Weitere Anwendungen sind die Änderung der Regioselektivität, Chemoselektivität und Enantioselektivität von Enzymen sowie der Substratsspezifität, insbesondere gegenüber unnatürlichen Substraten. Die gerichtete Evolution der Nukleinsäuren wird vor allem in der Aptamer-Technologie und für die Optimierung von Ribozymen eingesetzt. Die zufallsbasierte Mutagenese wird meist mit PCR-basierten Methoden wie der error-prone-PCR durchgeführt. Daneben gibt es auch rekombinative Methoden wie RACHITT, bei denen ein chimäres Gen aus zwei oder mehr verwandten Genen erzeugt wird. Entscheidend für den Erfolg der gerichteten Evolution ist die Identifizierung von verbesserten Mutanten des Proteins. Oftmals erbringt die Analyse von erfolgreichen Mutanten überraschende Ergebnisse wie Mutationen, welche die Aktivität des Enzyms entscheidend beeinflussen, obwohl sie sehr weit außerhalb des aktiven Zentrums des Enzyms liegen. Die gerichtete Evolution trägt so viel zum Verständnis der Wirkungsweise von Enzymen bei. Zitat: „You only get what you screen for“ (F. Arnold). Die richtige Wahl der Fitnessfunktion ist entscheidend für den Erfolg der gerichteten Evolution.
- La evolución dirigida es un planteamiento técnico de la biotecnología que busca la generación y selección de variantes de proteínas de interés industrial. Para ello, emplea un enfoque de obtención artificial de dichas variantes basado en los mecanismos evolutivos de selección los clones de más interés. Para ello, se efectúa un protocolo que conceptualmente posee tres pasos: El fomento de la variabilidad en el ácido nucleico codificante de la proteína de interés mediante mutagénesis o recombinación al azar. Las técnicas usuales son la PCR en condiciones de baja astringencia (es decir, proclive a error) y el Barajado de ADN (en inglés, DNA shuffling). Evaluación de las variantes mutantes de mayor interés y posterior selección. Por ejemplo, mediante ensayos bioquímicos de afinidad con un ligando. Amplificación de los mutantes de interés. Puesto que la evolución dirigida suele realizarse a gran escala y la generación de variantes a gran escala, es preciso determinar el fundamento molecular de la característica de interés; es decir, clonar y secuenciar el ADN de los mutantes seleccionados.
- Directed evolution is a method used in protein engineering to harness the power of natural selection to evolve proteins or RNA with desirable properties not found in nature.
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- Directed evolution is a method used in protein engineering to harness the power of natural selection to evolve proteins or RNA with desirable properties not found in nature.
- Als gerichtete Evolution bezeichnet man die Optimierung und Veränderung von Proteinen, Enzymen und Nukleinsäuren auf evolutionärem Wege in vitro, d. h. mittels einer zufallsbasierten Mutagenese und nachfolgender Identifizierung von verbesserten Mutanten. Sie wird vor allem in der weißen Biotechnologie und der Biokatalyse zunehmend angewandt, um die Eignung von Enzymen für industrielle Anwendungen zu verbessern.
- La evolución dirigida es un planteamiento técnico de la biotecnología que busca la generación y selección de variantes de proteínas de interés industrial. Para ello, emplea un enfoque de obtención artificial de dichas variantes basado en los mecanismos evolutivos de selección los clones de más interés.
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- Gerichtete Evolution
- Evolución dirigida
- Directed evolution
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