Η κατευθυνόμενη εξέλιξη (DE) είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενζύμων για βιομηχανικούς ή ιατρικούς σκοπούς.
Η μέθοδος είναι η πρωτεϊνική μηχανική, η οποία μιμείται τη φυσική επιλογή.
Η βασική ιδέα είναι να υποβάλλεται ένα γονίδιο σε επαναλαμβανόμενους γύρους μετάλλαξης, ώστε να δημιουργηθεί μια βιβλιοθήκη παραλλαγών. Η επιλογή απομονώνει τα γονίδια με την επιθυμητή λειτουργία. Αποτελούν πρότυπο για τον επόμενο γύρο.
Αυτό μπορεί να γίνει in vivo (σε ζωντανά κύτταρα βακτηρίων ή ζύμης) ή in vitro (ελεύθερα σε διάλυμα ή μικροσταγονίδια).
Η δοκιμή περισσότερων μεταλλαγμένων αυξάνει τις πιθανότητες να βρεθεί ένα με τις επιθυμητές ιδιότητες.
Κατά τη διάρκεια της in vivo εξέλιξης, κάθε κύτταρο (συνήθως βακτήρια ή ζύμες) μετασχηματίζεται με ένα πλασμίδιο που περιέχει ένα διαφορετικό μέλος της βιβλιοθήκης παραλλαγών. Μόνο το γονίδιο ενδιαφέροντος διαφέρει μεταξύ των κυττάρων, ενώ όλα τα άλλα γονίδια παραμένουν ίδια.
Τα κύτταρα εκφράζουν την πρωτεΐνη είτε στο κυτταρόπλασμα είτε στην επιφάνειά τους, όπου μπορεί να ελεγχθεί η λειτουργία της. Αυτή η μορφή έχει το πλεονέκτημα της επιλογής ιδιοτήτων σε κυτταρικό περιβάλλον, πράγμα χρήσιμο όταν η εξελιγμένη πρωτεΐνη ή το RNA πρόκειται να χρησιμοποιηθεί σε ζωντανούς οργανισμούς.
Όταν γίνεται χωρίς κύτταρα, η DE χρησιμοποιεί in vitro μεταγραφή μετάφραση για την παραγωγή πρωτεϊνών ή RNA ελεύθερα σε διάλυμα ή μέσα σε τεχνητά μικροσταγονίδια. Αυτό έχει το πλεονέκτημα ότι επιτρέπει περισσότερες συνθήκες (π.χ. θερμοκρασία, διαλύτες). Μπορεί να εκφράσει πρωτεΐνες που θα ήταν τοξικές για τα κύτταρα. Επιπλέον, τα πειράματα in vitro εξέλιξης μπορούν να δημιουργήσουν πολύ μεγαλύτερες βιβλιοθήκες (έως και 10 15) επειδή το DNA της βιβλιοθήκης δεν χρειάζεται να εισαχθεί σε κύτταρα. Αυτό συχνά περιορίζει το τι μπορεί να γίνει.
