Selection and evolution of enzymes from a partially randomized non-catalytic scaffold
Burckhard Seelig & Jack W. Szostak
Nature 448, 828-831 (16 August 2007) | doi:10.1038/nature06032
La possibilité de se servir de la même approche qui a produit la diversité du vivant, pour produire des éléments qui répondent à nos besoins peut ressembler un peu à un abandon à la fainéantise : secoue moi tout ça pour que ça fasse des nouvelles combinaisons, crible moi ça pour trouver ce qui s’approche au résultat souhaité, re-secoue un coup et re-sélectionne pour trouver un peu mieux, et répète ça le nombre de fois qu’il faut pour que le système n’évolue plus.
En fait l’approche est particulièrement puissante et si elle est parfois limitée par le fait que l’on travaille in vivo, ce qui représente une limitation de l’ordre de 106 à 104 quand même, elle est particulièrement productive.
Ici, le système utilisé couple directement un ARNm à la protéine qu’il encode et l’ensemble de la manip se passe de cellules, ce qui permet de travailler avec une banque de complexité >1012.
La puissance de la sélection cumulative dans un répertoire modifié aléatoirement au fond du tube !
Enzymes are exceptional catalysts that facilitate a wide variety of reactions under mild conditions, achieving high rate-enhancements with excellent chemo-, regio- and stereoselectivities. There is considerable interest in developing new enzymes for the synthesis of chemicals and pharmaceuticals and as tools for molecular biology. Methods have been developed for modifying and improving existing enzymes through screening, selection and directed evolution. However, the design and evolution of truly novel enzymes has relied on extensive knowledge of the mechanism of the reaction. Here we show that genuinely new enzymatic activities can be created de novo without the need for prior mechanistic information by selection from a naive protein library of very high diversity, with product formation as the sole selection criterion. We used messenger RNA display, in which proteins are covalently linked to their encoding mRNA, to select for functional proteins from an in vitro translated protein library of >1012 independent sequences without the constraints imposed by any in vivo step. This technique has been used to evolve new peptides and proteins that can bind a specific ligand, from both random-sequence libraries and libraries based on a known protein fold. We now describe the isolation of novel RNA ligases from a library that is based on a zinc finger scaffold, followed by in vitro directed evolution to further optimize these enzymes. The resulting ligases exhibit multiple turnover with rate enhancements of more than two-million-fold.
