تكامل مصنوعي با استفاده از روشDNA شافلينگ

Directed Evolution Using DNA Shuffling

بهبود فعاليت آنزيم‌ها از طريق تكامل مستقيم (Directed evolution) يكي از اهداف مهم در بيوتكنولوژي است. با توجه به اينكه با گذشت سه بيليون سال از تكامل طبيعي هنوز برخي از كاتاليزورهاي پروتييني براي اهداف خاص بهينه نشده‌اند. استفاده از روش‌هاي تكامل مصنوعي از جمله DNA Shuffling روشي مناسب براي مهندسي پروتيين‌ها مي‌باشد. اين روش از فرآيند تكامل طبيعي تقليد نموده و از سرعت بالايي برخوردار است. در روش DNA شافلينگ، كه تحت عنوان اصلاح مولكولي نيز شناخته مي‌شود، قطعات DNA والديني (ژن‌هاي مشابه از يك گونه و يا گونه‌هاي مختلف) از طريق تيمار با آنزيم اندونوكلياز (عموماً DNaseI) هضم مي‌شوند و براي تكثير در دستگاه PCR بدون آغازگر قرار مي‌گيرند. هر قطعه بر اساس شباهت خود با رشته ديگر به عنوان آغازگر براي آن رشته عمل كرده و تكثير صورت مي‌گيرد. پس از تكرار اين مراحل قطعه ژني ايجاد مي‌شود كه حالت شيمري نسبت به والدين خود دارد. توالي‌هاي ايجاد شده در داخل ناقل‌هاي مناسب همسانه مي‌شوند و فعاليت آنها مورد بررسي قرار مي‌گيرد. از بين آنها همسانه‌هايي كه فعاليت بهتري نسبت به والدين نشان مي‌دهند انتخاب شده و مي‌توانند به عنوان والد براي دور بعد شافلينگ استفاده شوند. بدين ترتيب با استفاده از روش DNA شافلينگ مي‌توان كتابخانه‌اي از توالي‌هاي جديد تهيه نمود كه اين توالي‌ها مي‌توانند پروتيين‌هايي با خصوصيات مورد نظر ايجاد ‌نمايند. اين روش در شرايط آزمايشگاهي به طور موفقيت آميزي براي بهبود فعاليت بسياري از آنزيم‌ها مورد استفاده قرار گرفته و هم اكنون نيز گزارشاتي مبتني بر استفاده از اين روش در شرايط in vivo منتشر شده است. در اين مقاله سعي شده است به مراحل انجام اين روش و برخي كاربردهاي موفقيت آميز آن پرداخته شود

The engineering of enzymes with altered activity using directed evolution techniques is one of the most important goals in biotechnology. Given that some catalysts of protein for a particular purpose have not been optimized yet over three billion years of evolution, the use of artificial evolution methods such as DNA shuffling is an appropriate method for protein engineering which mimics natural evolution process. In DNA shuffling, which is also known as molecular breeding, the genes to be recombined are randomly fragmented by DNaseI and then reassembled using cycles of denaturation, annealing, and extension by a polymerase. Repetition of these cycles may create a chimeric gene which can apply for cloning and gene activity analysis to characterize the proteins with improved activity. DNA shuffling technology has been used successfully to improve the enzyme activity in vitro and there are several reports of successful application of this method in vivo. In this paper, this method and some of its successful applications are discussed.