L'évolution dirigée (DE) est une méthode utilisée pour produire des enzymes à des fins industrielles ou médicales.
La méthode est l'ingénierie des protéines qui imite la sélection naturelle.
L'idée de base est de faire subir à un gène des cycles de mutation répétés, pour constituer une bibliothèque de variantes. La sélection permet d'isoler les gènes ayant la fonction souhaitée. Ils constituent un modèle pour le prochain cycle.
Cela peut se faire in vivo (dans des cellules vivantes de bactéries ou de levures), ou in vitro (en solution libre ou en microgouttelettes).
En testant davantage de mutants, on augmente les chances d'en trouver un qui possède les propriétés souhaitées.
Au cours de l'évolution in vivo, chaque cellule (généralement une bactérie ou une levure) est transformée avec un plasmide contenant un membre différent de la bibliothèque de variantes. Seul le gène d'intérêt diffère entre les cellules, tous les autres gènes restant les mêmes.
Les cellules expriment la protéine soit dans leur cytoplasme, soit à la surface où sa fonction peut être testée. Ce format présente l'avantage de sélectionner les propriétés dans un environnement cellulaire, ce qui est utile lorsque la protéine ou l'ARN évolué doit être utilisé dans des organismes vivants.
Lorsqu'il se passe sans cellules, DE utilise la traduction de transcription in vitro pour produire des protéines ou de l'ARN libre en solution ou à l'intérieur de microgouttelettes artificielles. Cela a l'avantage de permettre un plus grand nombre de conditions (par exemple, la température, les solvants). Elle peut exprimer des protéines qui seraient toxiques pour les cellules. En outre, les expériences d'évolution in vitro peuvent générer des bibliothèques beaucoup plus importantes (jusqu'à 1015) car il n'est pas nécessaire d'insérer l'ADN de la bibliothèque dans les cellules. Cela limite souvent ce qui peut être fait.
