Codon-Optimierung

Codon-Optimierung ist eine Technik des Gendesigns, die die Produktionsniveaus von Proteinen verbessert, ohne die Aminosäuresequenzen zu verändern. In der Molekularbiologie besteht jede Proteinsequenz nur aus 20 standardmäßigen Aminosäuren; jedoch wird nur eine geringe Anzahl von Aminosäuren durch ein einzelnes Codon kodiert. Die meisten Aminosäuren werden durch zwei bis sechs verschiedene Codons kodiert, und diese Codons für dieselbe Aminosäure sind als synonyme Codons bekannt. Interessanterweise ist die Verwendung von synonymen Codons in zahlreichen Organismen nicht zufällig, und das Phänomen ist als Codon-Bias bekannt, der der Schlüssel zur Codon-Optimierung ist.

Codon-Bias, ein charakteristisches Muster der Präferenz bei der Verwendung von synonymen Codons in hoch- und niedrig exprimierten Genen, hat sich als korreliert mit den Expressionsniveaus eines Gens erwiesen und ist eine dominierende Methode beim Design synthetischer Gene für die translationale Effizienz. Bei hoch exprimierten Genen in E. coli und Hefe wurde festgestellt, dass der Codon-Bias mit der tRNA-Häufigkeit in Zusammenhang steht. Aufgrund seiner Bedeutung für die Codon-Optimierung wurde er durch verschiedene Berechnungen quantifiziert, einschließlich der Häufigkeit der relativen Verwendung synonymer Codons, Codon-Bias-Index, Verwendung optimaler Codons, effektive Anzahl von Codons und Codon-Anpassungsindex. In einem anderen Aspekt wird die weit verbreitete Technologie der synthetischen DNA zur Codon-Optimierung als Codon-Randomisierung bezeichnet. Diese Methode nutzt Übersetzungstabellen gemäß der Häufigkeitsverteilung von Codons in einem gesamten Genom oder einer Teilmenge von Genen hoch exprimierter Codons.

Creative Enzymes bietet den Codon-Optimierungsdienst für verschiedene Organismen an, basierend auf Überlegungen zu vielen Faktoren, die mit verschiedenen Phasen der Proteinexpression zusammenhängen. Mit jahrelanger Erfahrung in der Codon-Optimierung und DNA-Synthese für fast alle wichtigen Expressionssysteme bieten wir professionelle Rundum-Dienste an:

• Codon-Bias-Studien;
• Gene-Rekodierung und -Optimierung;
• Sequenzoptimierung für eine effektive Translation, wie GC-Gehalt, mRNA-Sequenzmuster usw.;
• Angepasste genetische Lösungen für Biokatalysatoren;

Zugehörige Abschnitte

Enzymexpression und -produktion

Abbildung 1. Ein Schema, das den Codon-Bias zeigt. Am häufigsten verwendete Nukleinsäuren sind farblich gekennzeichnet. Ein möglicher Grund für den beobachteten Codon-Bias ist, dass Aminosäuren, die sowohl in Größe als auch in Hydrophobizität ähnlich sind, dazu neigen, ähnliche Codon-Muster zu teilen, was die Auswirkungen von zufälliger Mutagenese minimiert.