概述

历史

基本方法(易错PCR DNA改组 交错延伸过程 增长截短技术 SCRATCH技术 合成改组)

概述

分子进化工程（ molecular evolution engineering ）是继蛋白质工程之后的第三代工程，即通过在试管里对以核酸为主的多分子体系施以选择压力，模拟生物进化历程的定向进化技术，借以达到创造新的基因、蛋白质、新物种的目的。

实现试管里的达尔文式进化需要三个连续往复的化学过程扩增、突变和选择。扩增可产生携带有遗传信息的分子的众多拷贝突变是在基因型水平上引进变异, 这种变异为选择提供原材料选择是在表型水平上通过适者生存、不适者淘汰的方式固定变异。这三个过程必须紧密相联, 以便使那些被选择的分子得以扩增, 并不断引进新的变异, 进而进行新的选择。

分子进化工程将成为生物科技热点。

历史

1967年, 米尔斯等首次在试管里实现了达尔文式分子进化。

他们曾研究一种噬菌体, 建立了含有复制酶及四种合成的底物核苷三磷酸的多分子体系。由于复制酶时很容易产生差错, 因此复制中总伴有突变发生。米尔斯的办法是, 每当在试管里

复制到20分钟时, 就取出一定量反应混合物转移到另一试管中, 再补充酶和底物后, 继续复制, 如此往复, 以求试管里多分子体系不会因扩增而不稳定。另外, 通过缩短复制时间作为选择压力, 使产生的分子越变越短。到第74次复制时, 它的链长仅为原来的百分之17, 只剩下两端, 以作为复制酶识别并控制起始复制所必需的序列, 同时其复制速率提高了15从对实验全过程的跟踪分析中发现, 变异型的产生过程与达尔文强调的由于选择保存和积累有利变异而引起的渐进适应过程相符, 因此称之为“ 试管里的达尔文式分子进化” 。

基本方法

易错PCR

指在PCR扩增目的基因时使碱基在一定程度上随机错配而引入多点突变，通过构建突变库，筛选出所需的突变体。

DNA改组

是蛋白质体外加速定向进化方法，分两步：①单一基因的突变，选择所要求的突变基因； ②突变基因用DNaseI片段化， 然后用PCR体外重组。

交错延伸过程

交错延伸过程（Staggered extension process，StEP）是一种简化的DNA shuffling技术, 利用DNA酶把单一片段或同源基因酶解成小片段以作为PCR扩增的引物来达到随机进化的目的。

增长截短技术

增长截短技术（incremental truncation for the creation of hybrid enzyme，ITCHY）用外切核酸酶III的不同时间长度的随机切割或α－硫代磷酸核酸苷的随机插入来产生包含有不同长度的DNA片段，并构建出不同片段长度的DNA文库。

SCRATCH技术

SCRATCH技术：于低同源性基因之间构建嵌合体基因文库，以筛选得到包含有多个交换位点的突变株，以期获得具有新功能的异质复合体。

合成改组

合成改组( synthetic shuffling)是一种定向进化方法, 母体的每个氨基酸可以同每个其它的氨基酸单独地组合。合成改组提供由数据库顺序到功能库的一条直接路线。