Synonyme Codons werden nicht gleich oft benutzt
Achtzehn der zwanzig Aminosäuren werden von mehr als einem Codon kodiert, und jeder Organismus verwendet seine synonymen Codons in eigenen Verhältnissen. Leucin hat sechs Codons; in menschlichen Genen kodiert CTG etwa 40 % der Leucine, während in E. coli CTG ebenfalls häufig, CTA aber selten ist. Diese Vorliebe ist der Codon-Bias, und eine Codon-Usage-Tabelle misst ihn.
Die Spalten
Eine Tabelle führt jedes Codon mit der kodierten Aminosäure und zwei Zahlen auf:
- Häufigkeit pro Tausend: wie oft das Codon unter je 1.000 Codons der gezählten Sequenzen vorkommt. Die 64 Werte summieren sich zu 1.000.
- Anteil: der Anteil dieser Aminosäure, der von diesem Codon kodiert wird. Die Anteile einer Aminosäure summieren sich zu 1. Ein Anteil von 0,05 kennzeichnet ein seltenes Codon.
Manche Tabellen geben auch die Rohzahl an. Tabellen für eine Art werden aus Tausenden ihrer Gene erstellt; die Tabelle eines einzelnen Gens oder Plasmids beschreibt nur diese Sequenz.
Warum das wichtig ist
Seltene Codons gehören zu seltenen tRNAs. Ein Gen voller Codons, die im Wirt selten sind, wird langsam translatiert, Ribosomen bleiben hängen, und die Ausbeute fällt; Abfolgen seltener Arginin-Codons (AGG, AGA, CGA in E. coli) sind ein klassischer Grund für schlechte Expression. Der Codon-Adaptationsindex CAI fasst von 0 bis 1 zusammen, wie gut die Codons eines Gens zu den bevorzugten des Wirts passen; Gene über etwa 0,8 exprimieren meist gut.
Codon-Optimierung
Ein Gen für einen neuen Wirt zu optimieren heißt, seltene Codons durch vom Wirt bevorzugte zu ersetzen, ohne das Protein zu verändern. Gute Optimierung vermeidet außerdem sehr hohen GC-Gehalt, lange Wiederholungen, unerwünschte Restriktionsstellen und starke RNA-Sekundärstruktur am Genanfang. Jedes Codon auf das einzige häufigste zu überoptimieren kann die Faltung stören, daher bilden viele Programme stattdessen die Verteilung des Wirts nach.
Werkzeuge
Codon-Usage erstellt eine Tabelle aus beliebigen eingefügten kodierenden Sequenzen. Codon-Optimierung schreibt eine Sequenz für einen gewählten Wirt um, und Rückübersetzung macht aus einem Protein wieder DNA mit den häufigsten Codons.