在合成生物學(xué)與工業(yè)生物制造領(lǐng)域，密碼子優(yōu)化是提升外源基因表達(dá)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)方法往往依賴高頻密碼子替換，這一策略雖然能夠在一定程度上提高表達(dá)效率，但可能破壞自然序列中與蛋白折疊和翻譯動力學(xué)相關(guān)的“稀有密碼子簇”，產(chǎn)生不表達(dá)或低表達(dá)現(xiàn)象。
近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員江會鋒團(tuán)隊(duì)在密碼子優(yōu)化研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出基于深度學(xué)習(xí)的密碼子優(yōu)化模型DeepCodon。該模型在提升密碼子偏好性的同時，盡可能保留功能相關(guān)的稀有密碼子特征，為工程菌株序列設(shè)計(jì)提供了新思路。
DeepCodon以人工智能學(xué)習(xí)密碼子選擇規(guī)律為基礎(chǔ)，建立從蛋白質(zhì)到編碼序列的“翻譯映射”。在大規(guī)模序列數(shù)據(jù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)對高表達(dá)基因進(jìn)行微調(diào)，使模型在生成合理密碼子序列的同時能夠兼顧高表達(dá)性能。進(jìn)一步，DeepCodon引入條件概率策略，優(yōu)先保護(hù)進(jìn)化上保守、與功能相關(guān)的稀有密碼子簇，避免傳統(tǒng)方法過度使用高頻密碼子帶來的翻譯擁堵和錯誤折疊風(fēng)險(xiǎn)。
在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，研究團(tuán)隊(duì)分別利用DeepCodon與傳統(tǒng)方法優(yōu)化20個基因，并在大腸桿菌中表達(dá)。結(jié)果顯示，9個DeepCodon優(yōu)化基因表達(dá)高于傳統(tǒng)方法，10個基因與傳統(tǒng)方法相當(dāng)，僅1個基因低于傳統(tǒng)方法。目前，該工具主要面向大腸桿菌應(yīng)用場景，并提供免費(fèi)在線密碼子優(yōu)化服務(wù)。
相關(guān)成果已發(fā)表在《生物設(shè)計(jì)研究》（BioDesign Research）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。
蛋白表達(dá)密碼子優(yōu)化服務(wù)
論文鏈接
DeepCodon示意圖
本文鏈接：研究開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的密碼子優(yōu)化模型http://www.hufazx.com/show-12-1768-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會到餡餅，請大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。