Evolusi terarah

Pengarang: Leandro Alegsa

18-05-2022

Evolusi terarah (DE) adalah metode yang digunakan untuk memproduksi enzim untuk keperluan industri atau medis.

Metodenya adalah rekayasa protein yang meniru seleksi alam.

Ide dasarnya adalah menempatkan gen melalui putaran mutasi berulang-ulang, untuk membuat perpustakaan varian. Seleksi mengisolasi gen dengan fungsi yang diinginkan. Gen-gen ini merupakan template untuk putaran berikutnya.

Hal ini bisa dilakukan secara in vivo (dalam sel bakteri atau ragi yang hidup), atau secara in vitro (bebas dalam larutan atau mikrodroplet).

Menguji lebih banyak mutan akan meningkatkan peluang menemukan satu mutan dengan sifat yang diinginkan.

Selama evolusi in vivo, setiap sel (biasanya bakteri atau ragi) ditransformasikan dengan plasmid yang mengandung anggota yang berbeda dari perpustakaan varian. Hanya gen yang diminati yang berbeda di antara sel, dengan semua gen lain tetap sama.

Sel mengekspresikan protein baik di sitoplasma atau permukaannya di mana fungsinya dapat diuji. Format ini memiliki keuntungan memilih sifat-sifat dalam lingkungan seluler, yang berguna ketika protein atau RNA yang berevolusi akan digunakan dalam organisme hidup.

Ketika dilakukan tanpa sel, DE menggunakan terjemahan transkripsi in vitro untuk menghasilkan protein atau RNA bebas dalam larutan atau di dalam mikrodroplet buatan. Ini memiliki manfaat memungkinkan lebih banyak kondisi (misalnya suhu, pelarut). Ini dapat mengekspresikan protein yang akan menjadi racun bagi sel. Lebih jauh lagi, eksperimen evolusi in vitro dapat menghasilkan pustaka yang jauh lebih besar (hingga 10¹⁵ ) karena DNA pustaka tidak perlu dimasukkan ke dalam sel. Itu sering membatasi apa yang bisa dilakukan.

Contoh evolusi terarah dengan perbandingan dengan evolusi alami. Lingkaran dalam menunjukkan tiga tahap siklus evolusi terarah dengan proses alami yang ditiru dalam tanda kurung. Lingkaran luar menunjukkan langkah-langkah dalam percobaan yang khas. Simbol merah menunjukkan varian fungsional, simbol pucat menunjukkan varian dengan fungsi yang berkurang

Memastikan keturunan

Ketika protein fungsional telah diisolasi, maka gen-gennya juga perlu diisolasi, oleh karena itu diperlukan hubungan genotipe-fenotipe.

Hal ini bisa bersifat kovalen, di mana gen mRNA dihubungkan ke protein pada akhir penerjemahan oleh puromisin.

Sebagai alternatif protein dan gennya dapat disimpan bersama, atau dalam tetesan emulsi. Urutan gen yang diisolasi kemudian dikalikan dengan PCR atau dengan bakteri inang yang ditransformasikan. Entah urutan tunggal terbaik, atau kumpulan urutan dapat digunakan sebagai template untuk putaran mutagenesis berikutnya. Siklus diversifikasi-seleksi-amplifikasi yang berulang-ulang membuat variasi enzim disesuaikan dengan proses seleksi.

Protein yang diekspresikan dapat dihubungkan secara kovalen dengan gennya (seperti pada mRNA), kiri, atau dimasukkan ke dalam kompartemen yang sama dengannya, kanan. Dengan cara apa pun gen yang mengkode protein diisolasi

Hadiah yang diberikan

Insinyur AS, Frances Arnold, telah memenangkan Millennium Technology Prize karena memelopori evolusi terarah.

Pertanyaan dan Jawaban

T: Apa itu evolusi terarah?

J: Evolusi terarah (DE) adalah metode yang digunakan untuk memproduksi enzim untuk keperluan industri atau medis. Ini adalah bentuk rekayasa protein yang meniru seleksi alam.

T: Bagaimana cara kerja evolusi terarah?

J: Evolusi terarah bekerja dengan menempatkan gen melalui putaran mutasi berulang, menciptakan perpustakaan varian. Seleksi kemudian mengisolasi gen dengan fungsi yang diinginkan, yang kemudian digunakan sebagai templat untuk putaran berikutnya.

T: Di mana evolusi terarah bisa dilakukan?

J: Evolusi terarah bisa dilakukan secara in vivo (dalam sel bakteri atau ragi yang hidup), atau secara in vitro (bebas dalam larutan atau mikrodroplet).

T: Apa keuntungan melakukan evolusi terarah secara in vivo?

J: Melakukan evolusi terarah secara in vivo memiliki keuntungan dalam menyeleksi sifat-sifat dalam lingkungan seluler, yang berguna ketika protein atau RNA yang berevolusi akan digunakan dalam organisme hidup.

T: Apa keuntungan melakukan evolusi terarah secara in vitro?

J: Melakukan evolusi terarah secara in vitro memiliki manfaat memungkinkan lebih banyak kondisi (misalnya suhu, pelarut) dan dapat mengekspresikan protein yang akan menjadi racun bagi sel. Lebih jauh lagi, ini dapat menghasilkan pustaka yang jauh lebih besar karena DNA tidak perlu dimasukkan ke dalam sel.

T: Apa yang membatasi apa yang bisa dilakukan selama eksperimen in vitro?

J: Batas ukuran pada apa yang dapat dilakukan selama percobaan in vitro sering ditentukan oleh berapa banyak DNA yang perlu dimasukkan ke dalam sel.