一个相似的遗传密码是地球上大多数生物使用的密码子，但不同的生物对用来编码特定氨基酸的密码子有不同的偏好。这是因为密码子中有4个碱基(A、T、C、G)和3个位置。因此，有64个可能的密码子，但只有20个氨基酸和3个终止密码子编码，剩下41个密码子无法解释。结果就是冗余;多个密码子编码单个氨基酸。进化的限制已经决定了哪些密码子会被优先使用在有机体中——有机体有密码子使用的偏见。
您可以找到许多密码表显示哪些密码子编码哪种氨基酸（右侧看到示例）。通过如此简单的规则，您可能认为易于提出可行的DNA序列来编码感兴趣的肽，并在您选择的生物体中产生肽。不幸的是，密码子偏好使得您不能随机选择可能的密码子，并期望您的序列在任何生物体中表达良好。
那么，是什么进化限制导致了这些偏好呢?我们能做些什么呢?继续往下读吧!
为什么有机体有不同的密码子使用偏见？
有机体中不同密码子偏好的原因并不完全理解，但有些可能的原因包括：
- 代谢压力它需要细胞资源来产生能识别不同密码子的trna，正确地修饰trna，并给trna注入合适的氨基酸。如果一个生物体只使用密码子的一个子集，它只需要产生一个带电的trna的子集，因此整个翻译过程可能需要更少的资源。例如，在高增长率条件下，大肠杆菌优先上调识别高表达基因密码子的trna的产量(Emilsson和Kurland, 1990年）。
- 通过基因序列控制基因表达-由低丰度或低荷电trna密码子编码的蛋白质可能比由高丰度、荷电trna编码的蛋白质产生的速率要低。例如图等。结果发现，翻译效率与密码子偏倚都有很好的相关性大肠杆菌和S. Cerevisiae.．
- 蛋白质折叠—如果一个蛋白质是由带有高电荷和低电荷trna的密码子混合编码的，蛋白质的不同区域可能会以不同的速率被翻译。核糖体会沿着需要大量带电trna的区域快速移动，但会在需要低丰度、低带电trna的区域停滞。当核糖体停滞时，这可能给快速翻译区域一个适当折叠的机会。例如Pechmann和·弗莱德曼发现非最佳密码子的暗物与10个密切相关的酵母菌株中的特定二次结构相关。
- 适应变化的条件- 生物通常需要在不同条件下表达不同水平的基因。通过多种密码子使用，有机体可以改变蛋白质高表达并且通过产生和充电特异性的TRNA池表达不当。例如，在编码氨基酸生物合成酶的基因中使用的TRNA可以在氨基酸饥饿期间优先加入，因此导致氨基酸生物合成酶的产量更高（Dittmar等，2005年）。
密码子使用偏差如何影响我的实验？
虽然Codon偏好对于生物来说非常有用，但它们可能对试图的研究人员来说是有问题的表达蛋白质在不同的主机上。例如，如果你简单地从人类基因组中放大一个感兴趣的基因，它可能根本不会在大肠杆菌（您可以找到显示各种有机体密码子偏好的各种数据库）。即使基因被翻译，它也可能无法正常工作。这是人与人之间不匹配的结果大肠杆菌密码子偏好。一些在人类中普遍使用的密码子在人类中并不普遍大肠杆菌反之亦然。因此，当翻译这些密码子时，核糖体可能会在不适当的位置停滞或不能使其通过整个转录本，从而分别产生非功能蛋白和蛋白质片段。
解决密码子使用偏置 - 密码子优化的问题及替代Trnas的表达
密码子优化
在DNA合成成本低的情况下，研究人员解决密码子选择问题的主要方法之一是重新合成基因，使其密码子更适合预期表达宿主。这就是所谓的“密码子优化”。虽然理论上很简单，但这并不像听起来那么容易。即使是相对较短的缩氨酸，也有许多可能的编码方式，什么构成了“适当的”密码子并不一定是显而易见的。
你可能会想，“胡说八道！I should just choose the codon with the most abundant pool of charged tRNAs in my host organism for every amino acid I’d like to encode,” but, as described above, not every region of a protein should necessarily be translated rapidly to produce a protein that functions properly.
你可能会想，“好吧，我只要确保我为宿主选择的密码子的丰度与原生生物使用的密码子的丰度匹配就行了。”这可能是一个更好的想法，并已成功地在过去使用(Angov等人，2008），但在设计完整基因时仍有许多功能需要考虑。非详尽列表包括：
- 密码子相对于同源TRNA丰富
- 重复序列
- 限制性网站
- 序列容易发生RNA转录物中的二次结构
- 对转录的影响(记住，这不全是关于翻译的——例如，密码子的选择可能会中断转录因子结合位点)
正如你可能想象的那样，人类靠自己的力量来平衡所有这些因素并不容易。幸运的是，许多研究人员已经创建了密码子优化算法和DNA合成等公司踊跃参与和Genscript.主持在线密码子优化工具。记住，仅仅因为你用这些工具优化了一个基因，并不一定意味着这个基因就会表达得很好。如果你确实得到了良好的表达，你还应该对产生的蛋白质进行功能分析，以确保它已经正确折叠。
你可以通过从Addgene中排列含有感兴趣密码子的质粒来避免使你的基因密码子得到优化。如果Addgene的质粒包含一个为特定生物体优化的密码子的基因，有时(但不总是)会在质粒页面的“突变”字段中被注意到(见质粒87904例如）。随着来自addgene的许多质粒现在拥有完整的序列数据，我们建议直接分析基因序列的密码子优化和适合您的表达宿主，然后使用它们在您的实验。
替代网球的表达
如果你没有时间或资金来合成你感兴趣的基因的密码子优化版本，就有可能在你的表达宿主中过表达低丰度的tRNAs，从而增加它们的丰度。例如，广告罗塞塔大肠杆菌菌株表达各种tRNAs，通常发现在低丰度大肠杆菌．
产生额外的TRNA的优点是您可以在许多不同基因使用相同的表达系统，而无需创建新的构造。然而，由于不匹配的翻译率和对细胞生长的潜在影响等问题，甚至产生替代TrNA的宿主也可能表达足够的感兴趣蛋白质。
无论你选择哪种方法来克服密码子选择的问题，你都应该有某种方法来确保你生产的蛋白质正常工作。过表达可导致产生不溶的、无功能的蛋白质团，称为包涵体，通常在纯化过程中与细胞颗粒分离。即使你体内产生了大量的蛋白质表达式主机当然，你应该进行功能分析，以确保你的蛋白质没有形成包涵体，并正确折叠。
参考文献
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- 该审查提供了密码子使用偏差的概述
8。Tuller，Tamir等人。“翻译效率由密码子偏置和折叠能量决定。”国家科学院的诉讼程序107.8（2010）：3645-3650。PubMedPMID：20133581.．公共医学中心PMCID: PMC2840511．
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