同義コドンは均等には使われない
20 種のアミノ酸のうち 18 種は複数のコドンでコードされ、どの生物も同義コドンを独自の比率で使います。ロイシンには 6 つのコドンがあり、ヒトの遺伝子では CTG がロイシンの約 40% を占めます。大腸菌でも CTG はよく使われますが、CTA はまれです。この偏りがコドンバイアスで、コドン使用頻度表はそれを数値化したものです。
表の列
表にはすべてのコドンと、それがコードするアミノ酸、そして 2 つの数値が並びます：
- 1,000 あたりの頻度：集計した配列の 1,000 コドンのうち、そのコドンが何回現れるか。64 個の値の合計は 1,000 です。
- 割合：そのアミノ酸のうち、このコドンでコードされる割合。1 つのアミノ酸の割合を足すと 1 になります。0.05 ならまれなコドンです。
生の出現回数を示す表もあります。生物種の表は何千もの遺伝子から作られます。1 つの遺伝子やプラスミドから作った表は、その配列のことしか表しません。
なぜ重要か
まれなコドンにはまれな tRNA が対応します。宿主でまれなコドンだらけの遺伝子は翻訳が遅く、リボソームが停滞し、収量が落ちます。まれなアルギニンコドン（大腸菌では AGG、AGA、CGA）の連続は発現不良の古典的な原因です。コドン適応指数 CAI は、遺伝子のコドンが宿主の好むコドンにどれだけ合っているかを 0 から 1 で表し、約 0.8 を超える遺伝子はたいていよく発現します。
コドン最適化
新しい宿主向けに遺伝子を最適化するとは、タンパク質を変えずに、まれなコドンを宿主の好むコドンに置き換えることです。良い最適化では、極端に高い GC 含量、長い反復、不要な制限酵素部位、遺伝子冒頭の強い RNA 二次構造も避けます。すべてのコドンを最頻のものに置き換える過剰な最適化はフォールディングを損なうことがあるため、宿主の分布に合わせるツールが多くあります。
ツール
コドン使用頻度は、貼り付けたコード配列から表を作ります。コドン最適化は選んだ宿主向けに配列を書き換え、逆翻訳は最も頻度の高いコドンでタンパク質を DNA に戻します。