“薅”羊毛|擎科免费提供密码子优化

利用偏爱密码子(preferred codons)、避免利用率低的或稀有的密码子修改基因序列，最后用基因合成方式获取修改后目的基因，这种基因的重新设计叫密码子优化。

带有相应密码子的tRNA将氨基酸引导到mRNA上进行蛋白质的翻译合成。在原核生物中，由不同tRNA含量的差异从而产生对密码子的偏爱性。因此，密码子优化是根据宿主细胞对密码子的偏好性进行优化筛选，一般选择使用频率大于20%的密码子。研究表明，大肠杆菌、酵母、果蝇、灵长类等每种生物都有独特的8个密码子极少被利用，灵长类和酵母有6个同样的利用率低的密码子。如大肠杆菌含有8种稀有密码子（AGA/AGG/CGG/CGA/AUA/CUA/GGA/CCC）。如果密码子稀有程度过高，最佳处理方式是经过密码子优化后直接进行基因合成。大肠杆菌、酵母和果蝇中编码丰度高的蛋白质的基因明显避免了低利用率的密码子。因此，重组蛋白的表达可能受密码子利用的影响（尤其在异源表达系统中）。

经过优化的基因序列能提高mRNA二级结构的稳定性，避免因为不充足的tRNA库导致翻译延迟，成熟前翻译终止，翻译移码和氨基酸错配等。

 

密码子的优化点广泛涉及到基因合成、载体构建、基因转录、mRNA翻译、翻译后修饰等过程，目的是便于以上过程的高效完成，具体如下图：

 

1.平衡GC含量

GC含量对于结合的稳定性和DNA序列的退火温度具有直接的影响，转录起始和结束的效率也同样影响了蛋白的输出和溶解等。换言之，GC含量偏高或者偏低都会影响基因的表达和调控，最终影响蛋白表达产量。

2.修改正反向重复序列

PCR扩增很难得到序列重复基因，同时重复序列过多会极大地增加基因合成的难度，我们可以通过优化密码子的方式降低基因序列的重复，用基因合成的方式获得目的基因。

3.调整mRNA二级结构

mRNA的二级结构能够影响基因的转录从而影响翻译过程的重要因素，特别是核糖体绑定位点RBS附近的二级结构，优化中要规避发夹结构。

4.排除指定的限制性酶切位点

避免在基因中出现多余的指定限制性酶切位点，否则在基因操作中可能会破坏基因的完整性。

5.密码子偏好性

众所周知，密码子具有简并性（即多种密码子可代表同一种氨基酸），且带有相应密码子的tRNA将氨基酸引导到mRNA上进行蛋白质的翻译合成，即不同物种对密码子的偏好性不同。因此异源表达蛋白时，供体的蛋白基因密码子要根据宿主细胞对密码子的偏好性进行优化筛选，才能让蛋白表达量达到最大化。

6.其他

除以上所述之外，还要考虑CpG位点（涉及DNA甲基化）、polyA位点、SD序列、Kozak序列、TATA框、Chi位点、终止信号、特定的超二级结构Motif、mRNA自由能等。