Evolución dirigida
La evolución dirigida (ED) es un método utilizado para producir enzimas con fines industriales o médicos.
El método es la ingeniería de proteínas, que imita la selección natural.
La idea básica es someter a un gen a repetidas rondas de mutación, para hacer una biblioteca de variantes. La selección aísla los genes con la función deseada. Son una plantilla para la siguiente ronda.
Esto puede hacerse in vivo (en células vivas de bacterias o levaduras), o in vitro (libre en solución o microgotas).
Probar más mutantes aumenta las posibilidades de encontrar uno con las propiedades deseadas.
Durante la evolución in vivo, cada célula (normalmente bacterias o levaduras) se transforma con un plásmido que contiene un miembro diferente de la biblioteca de variantes. Sólo el gen de interés difiere entre las células, y todos los demás genes se mantienen iguales.
Las células expresan la proteína en su citoplasma o en su superficie, donde se puede comprobar su función. Este formato tiene la ventaja de seleccionar las propiedades en un entorno celular, lo que resulta útil cuando la proteína o el ARN evolucionados se van a utilizar en organismos vivos.
Cuando se realiza sin células, la ED utiliza la traducción de la transcripción in vitro para producir proteínas o ARN libres en solución o dentro de microgotas artificiales. Esto tiene la ventaja de permitir más condiciones (por ejemplo, temperatura, disolventes). Puede expresar proteínas que serían tóxicas para las células. Además, los experimentos de evolución in vitro pueden generar bibliotecas mucho más grandes (hasta 10 15) porque no es necesario insertar el ADN de la biblioteca en las células. Esto suele limitar lo que se puede hacer.
Un ejemplo de evolución dirigida con comparación con la evolución natural. El ciclo interior muestra las tres etapas del ciclo de evolución dirigida con el proceso natural imitado entre paréntesis. El círculo exterior muestra las etapas de un experimento típico. Los símbolos rojos indican variantes funcionales, los símbolos pálidos indican variantes con función reducida
Garantizar la herencia
Cuando se han aislado las proteínas funcionales, es necesario que sus genes también lo sean, por lo que se requiere un vínculo genotipo-fenotipo.
Puede ser covalente, cuando el gen del ARNm se une a la proteína al final de la traducción mediante puromicina.
Alternativamente, la proteína y su gen pueden mantenerse juntos, o en gotas de emulsión. Las secuencias genéticas aisladas se multiplican entonces por PCR o por bacterias huésped transformadas. La mejor secuencia, o un conjunto de secuencias, puede utilizarse como plantilla para la siguiente ronda de mutagénesis. Los ciclos repetidos de diversificación-selección-amplificación hacen que las variaciones enzimáticas se adapten al proceso de selección.
Una proteína expresada puede unirse covalentemente a su gen (como en el ARNm), a la izquierda, o colocarse en el mismo compartimento con él, a la derecha. De cualquier manera, el gen que codifica la proteína se aísla
Premio concedido
La ingeniera estadounidense Frances Arnold ha ganado el Premio de Tecnología del Milenio por ser pionera en la evolución dirigida.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la evolución dirigida?
R: La evolución dirigida (ED) es un método utilizado para producir enzimas con fines industriales o médicos. Es una forma de ingeniería de proteínas que imita la selección natural.
P: ¿Cómo funciona la evolución dirigida?
R: La evolución dirigida funciona sometiendo un gen a rondas repetidas de mutación, creando una biblioteca de variantes. La selección aísla entonces los genes con la función deseada, que se utilizan como plantillas para la siguiente ronda.
P: ¿Dónde puede realizarse la evolución dirigida?
R: La evolución dirigida puede hacerse in vivo (en células vivas de bacterias o levaduras), o in vitro (libre en solución o microgotas).
P: ¿Cuáles son las ventajas de hacer evolución dirigida in vivo?
R: Hacer evolución dirigida in vivo tiene la ventaja de seleccionar las propiedades en un entorno celular, lo que es útil cuando la proteína o el ARN evolucionados se van a utilizar en organismos vivos.
P: ¿Qué ventajas tiene hacer evolución dirigida in vitro?
R: Hacer evolución dirigida in vitro tiene la ventaja de permitir más condiciones (por ejemplo, temperatura, disolventes) y puede expresar proteínas que serían tóxicas para las células. Además, puede generar bibliotecas mucho mayores porque no es necesario insertar el ADN en las células.
P: ¿Qué limita lo que puede hacerse durante un experimento in vitro?
R: El límite de tamaño de lo que se puede hacer durante un experimento in vitro suele estar determinado por la cantidad de ADN que es necesario insertar en las células.
