OptimumGene密码子优化

概览

金斯瑞自主研发了OptimumGene密码子优化技术，并已成功运用到数万条基因的表达中。金斯瑞OptimumGene密码子优化是一项基因优化技术，可以在任何表达系统中重组基因序列，以达到足够高的表达水平。OptimumGene运算法则充分考虑到蛋白表达不同阶段可能遇到的多种复杂因素，如：密码子适应性、mRNA结构以及转录和翻译过程中不同的顺式元件。

优势

蛋白表达水平提高十倍

为什么选择OptimumGene密码子优化?

功能蛋白的外源宿主表达是现代生物技术的基础，然而很多蛋白由于可能包含有抑制表达的因子：如有机体使用了不常用的密码子等，在外源宿主中很难表达。日益发展的基因设计与合成技术使通过基因设计改善蛋白表达成为可能，例如，可以通过基因设计使基因与宿主的密码子使用频率相匹配来提高蛋白表达水平。金斯瑞基因设计不仅包括密码子优化，还包括mRNA结构修正、翻译起始位点的优化等。

密码子偏爱与蛋白表达

密码子偏爱性在原核基因表达中已经被证实是一个很重要的影响因素，它引起了同一密码子在不同生物体之间，蛋白的表达水平之间以及同一操纵子的不同部位间利用率的改变。引起这种偏爱性差异的主要原因是不同细胞内可用的tRNAs量的差异。因此优化翻译系统较好的方法就是保持密码子的使用频率与同源tRNA之间的平衡。如在大肠杆菌中，AGG和AGA所对应的tRNA分子就很少，这种差异很明显会影响基因的表达。

将低利用率的密码子替换成宿主常用密码子

通常基因中包含的密码子在特定宿主中的利用率越低，该种蛋白的表达量也就越少，甚至当这种密码子存在与蛋白簇间或者N末端的时候表达量会更少。在不改变氨基酸序列的前提下将低利用率的密码子替换为宿主常用密码子能提高功能蛋白的表达水平。

去除问题密码子

任何来源的密码子如果在宿主生物体内的利用率低于5%到10%时, 就会出现表达抑制，当这些低利用率密码子临近或相连时, 对蛋白表达的影响更大。去除低利用率的密码子或者容易被误读为终止信号的密码子能够防止低表达或者不表达。

哺乳动物细胞表达病毒蛋白

病毒基因经过合适的处理也能在哺乳动物细胞成功表达，病毒基因密集的信息常常引起阅读框重叠，许多病毒基因能够逆序编码。病毒基因不仅表达目的蛋白也表达调控元件，因此能够平均提高蛋白表达量达28%。通过对病毒密码子进行优化以增加靶点免疫原性对于DNA疫苗的研究非常重要。

其他影响因素

虽然密码子偏爱在基因表达中起着重要的作用，但表达载体和转录启动子的选择同样重要，N端核苷酸序列的蛋白表达对于低利用率密码子和接近起始位点的密码子AUG非常敏感。翻译与mRNA的稳定性间也存在着相互的影响，虽然降低翻译效率会使mRNA由于缺少了核糖体的保护而更容易被endo-RNAses分解，但目前还没有它们之间影响的完整解释。稳定mRNA二级结构和接近5'端的分子也对基因表达有重要的影响。利用翻译时目的基因上游的开放式阅读框能够成功提高难度基因的表达效率。

注：请使用金斯瑞免费的稀有密码子分析软件，测试您的基因是否需要优化。

• 优化参数

• Track Record

• 实验案例

OptimumGene运算法则主要对转录、翻译和蛋白折叠等多种相关参数进行优化设计。

转录效率：

GC 含量 CpG二核苷酸含量 隐蔽剪接位点 阴性CpG岛

SD序列 TATA框 终止信号

翻译效率：

密码子偏爱性 GC含量 mRNA二级结构 PolyA早期信号

抑制位点 RNA不稳定性基序 mRNA自由能稳定性 潜在的Chi序列和核糖体结合位点

蛋白折叠:

密码子偏爱性 RNA二级结构

密码子上下文关联 密码子与反密码子交互作用

序列挑选

针对每一个序列，OptimumGene均提供超过10000条序列备选，再通过复杂的挑选矩阵选出符合客户需求的优化序列。

OptimumGene成功案例

金斯瑞在密码子优化和基因合成方面积累了多年经验。我们的系统已经于主要表达系统中成功优化了超过50,000多个基因序列。

客户评价

Professor Maria
Schumacher

Duke University
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"I think GenScript provides absolutely excellent products in a timely fashion. I have primarily used genscript to order codon optimized artificial genes. Ordering artificial genes on their website or via Email makes this especially facile because I can simply inquire about a gene, get a quote and then get a PO#. The whole process is fast and the turnaround time for obtaining the finished product is usually less than a month. I also think their technical support are wonderful people, they have been most helpful in facilitating the process. I am so impressed with them that I have recommended them to several of my colleagues."

刊物

• Ning Shao and Ralph Bock. A codon-optimized luciferase from Gaussia princeps facilitates the in vivo monitoring of gene expression in the model alga Chlamydomonas reinhardtii. Curr Genet. Jun 2008.
• Burgess-Brown NA, Sharma S, Sobott F, Loenarz C, Oppermann U, Gileadi O. 6. Codon optimization can improve expression of human genes in Escherichia coli: A multi-gene study. Protein Expr Purif. May 2008; 59(1): 94-102.
• V. Melkebeek, E. Sonck, F. Verdonck, B. M. Goddeeris, and E. Cox. Optimized FaeG Expression and a Thermolabile Enterotoxin DNA Adjuvant Enhance Priming of an Intestinal Immune Response by an FaeG DNA Vaccine in Pigs. Clinical and Vaccine Immunology. Jan 2007; 14(1): 28-35.

• 下图为OptimumGene技术优化效果展示，两条基因E. coli蛋白表达水平经优化后迅速上升。

  Fig. A. 金斯瑞OptimumGene密码子优化技术，使得优化后的protein α表达水平相比未优化的序列提高了10倍。与国际知名的竞争对手GA相比，提高了3倍多。
  Fig. 3. 金斯瑞OptimumGene密码子优化技术，使得优化后的protein β表达水平相比未优化的序列提高了20倍。与国际知名的竞争对手GA相比，提高了13倍多。

注: 金斯瑞承诺，不会以知识产权或技术协议等形式，索取OptimumGene 密码子优化与基因合成服务方面的任何权利，如基因序列或客户提交的任何资料等等。未经客户同意，金斯瑞也不会发布任何第三方的信息，敏感性信息仅会让项目具体负责人知晓。如果客户需要，我们可以签署保密协议，确保客户优化及合成基因方面的知识产权。