分子進化工程是繼蛋白質工程之後的第三代工程，即通過在試管里對以核酸為主的多分子體系施以選擇壓力，模擬生物進化歷程的定向進化技術，藉以達到創造新的基因、蛋白質、新物種的目的。實現試管里的達爾文式進化需要三個連續往復的化學過程擴增、突變和選擇。擴增可產生攜帶有遺傳信息的分子的眾多拷貝突變是在基因型水平上引進變異, 這種變異為選擇提供原材料選擇是在表型水平上通過適者生存、不適者淘汰的方式固定變異。這三個過程必須緊密相聯, 以便使那些被選擇的分子得以擴增, 並不斷引進新的變異, 進而進行新的選擇。分子進化工程將成為生物科技熱點。
基本介紹
- 中文名：分子進化工程
- 外文名：molecular evolution engineering
- 類型：第三代
- 屬性：進化工程
歷史,基本方法,
歷史
1967年, 米爾斯等首次在試管里實現了達爾文式分子進化。
他們曾研究一種噬菌體, 建立了含有複製酶及四種合成的底物核苷三磷酸的多分子體系。由於複製酶時很容易產生差錯, 因此複製中總伴有突變發生。米爾斯的辦法是, 每當在試管里
複製到20分鐘時, 就取出一定量反應混合物轉移到另一試管中, 再補充酶和底物後, 繼續複製, 如此往復, 以求試管里多分子體系不會因擴增而不穩定。另外, 通過縮短複製時間作為選擇壓力, 使產生的分子越變越短。到第74次複製時, 它的鏈長僅為原來的百分之17, 只剩下兩端, 以作為複製酶識別並控制起始複製所必需的序列, 同時其複製速率提高了15從對實驗全過程的跟蹤分析中發現, 變異型的產生過程與達爾文強調的由於選擇保存和積累有利變異而引起的漸進適應過程相符, 因此稱之為“ 試管里的達爾文式分子進化” 。
基本方法
易錯PCR
指在PCR擴增目的基因時使鹼基在一定程度上隨機錯配而引入多點突變，通過構建突變庫，篩選出所需的突變體。
DNA改組
是蛋白質體外加速定向進化方法，分兩步：①單一基因的突變，選擇所要求的突變基因； ②突變基因用DNaseI片段化， 然後用PCR體外重組。
交錯延伸過程
交錯延伸過程（Staggered extension process，StEP）是一種簡化的DNA shuffling技術, 利用DNA酶把單一片段或同源基因酶解成小片段以作為PCR擴增的引物來達到隨機進化的目的。
增長截短技術
增長截短技術（incremental truncation for the creation of hybrid enzyme，ITCHY）用外切核酸酶III的不同時間長度的隨機切割或α－硫代磷酸核酸苷的隨機插入來產生包含有不同長度的DNA片段，並構建出不同片段長度的DNA文庫。
SCRATCH技術
SCRATCH技術：於低同源性基因之間構建嵌合體基因文庫，以篩選得到包含有多個交換位點的突變株，以期獲得具有新功能的異質複合體。
合成改組
合成改組( synthetic shuffling)是一種定向進化方法, 母體的每個胺基酸可以同每個其它的胺基酸單獨地組合。合成改組提供由資料庫順序到功能庫的一條直接路線。
