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定制基因合成的强大之处在于，可以根据您的需求设计自己的DNA，无需受到传统克隆方法的局限。但对于大多数研究人员而言，同样重要的是要通过合成基因获得高产量的mRNA，并最终获得更高产量的蛋白。为了最大限度提高所有现有表达体系的合成基因表达水平，我们开发了GeneArt™ GeneOptimizer™软件。在每个GeneArt项目中，均可选择进行系列优化。 配置您的项目 我们的工作不仅是优化密码子 什么是基因优化基因优化充分利用了基因密码简并的优势。由于简并，一个蛋白可由多种核酸序列编码。密码子偏好（密码子选择）因不同的生物体而异，其会造成难以在异源表达体系中表达重组蛋白，进而造成表达率低、不可靠。自体表达也可能存在这种问题，因为野生型序列不仅需要对表达产量进行优化，还要优化降解、调控和其他性质。 即便如此，密码子优化也不是有效蛋白表达的唯一关联因素。 我们的 GeneOptimizer算法可实现真正的多参数优化，处理大量涉及基因表达多方面内容的序列相关参数，如转录、剪接、翻译和mRNA降解。其在单次运算中考虑到了所有的相关优化参数，可为你提供依据您的技术规格设计、为最大限度发挥您的体系性能而优化的DNA序列。（表 1）。 理性权衡优化参数组合（例如，密码子调整、mRNA从头合成及稳定性，转录和翻译效率）对于实现指定蛋白最高效率表达非常重要。 图1：蛋白表达演示图。 表1：影响蛋白表达的参数。 转录水平mRNA水平翻译水平GC含量共有剪接位点隐蔽剪接位点SD序列TATA框终止信号人工重组位点RNA不稳定性基序核糖体进入位点重复序列密码子使用未成熟的poly(A)位点核糖体进入位点二级结构合成序列的另一个优势是，您不必依赖现有的DNA模板，可以根据自己的要求精确设计序列。可以根据需要添加或去除限制位点、启动/停止密码子、标签和其他基序。 采用GeneOptimizer软件进行序列优化是GeneArt™基因合成和DNA片段服务的一个可选步骤。为了充分利用这一服务，在通过我们的在线客户主页定制请求时，请选择您的表达宿主。该在线软件随即引导您完成整个项目设计流程，包括序列优化。至于如下所述的最终优化性能，不过是GeneArt DNA 提供的额外附加价值之一。 它的工作原理是什么？通过我们的在线客户主页，可在几分钟内轻松采用GeneOptimizer技术进行基因优化。您可上传自己的序列、选择表达体系、指定克隆载体和序列详情（包括开放读取框、未翻译区域以及克隆位点），设计自己的合成基因。提交您的请求后，GeneOptimizer会根据与指定宿主生物相关的所有参数考量以及您的单独序列要求，生成最符合您的研究需求的 DNA 序列。 有效性验证我们已经进行了若干项内部研究，许多客户报告显示， GeneArt密码子和序列优化在不损失蛋白功能的情况下，实现了更高的蛋白表达。 在首个此项研究中[1]，我们选择了五个重要的蛋白分类进行优化：蛋白激酶、转录因子、核糖体蛋白、细胞因子和膜蛋白。随后从 NCBI 数据库中选择了50个人类基因来表达五种蛋白类别。 选定的基因采用 GeneOptimizer算法进行单独优化[2]。为了进行比较，通过NCBI数据库提供的天然序列，对相应的野生型基因进行亚克隆。随后每种基因在HEK293T细胞中表达三次。优化之后，50个基因均表现出了可靠表达，86%表现出了更高的表达（图2中的实例）。后续的分析表明，蛋白可溶性和功能性未发生实质性变化，如JNK1、JNK3和CDC2所示（未显示相关数据）。 本研究中使用的 GeneOptimizer 算法的结果是： 86%的优化基因表现出了蛋白表达水平激增优化基因的蛋白产量提高达15倍优化基因100%表达，而野生型基因进行88%表达图 2：代表不同蛋白类别的野生型和优化基因的表达分析结果比较。 (A)采用抗His抗体，通过免疫印迹法分析细胞培养上清（分泌型蛋白）或细胞裂解物。图示为每种蛋白类别的一个实例。用60kDa蛋白使蛋白量标准可测，包含在空白载体阴性对照中。各图左侧：分子量值(kDa)。图右侧：特定蛋白条带的标识符。(B)野生型或优化结构的相对表达水平（三次独立转染的平均值）。显示了优化结构的各种蛋白表达量增加倍数。采用野生型构造体，未检测到IL-2表达。（图片摘自Fath et al., 2011 [1]）。 图3：展示的另一则实例， 在通过GeneOptimizer软件优化序列后，HIV gag蛋白的mRNA和蛋白产量均观测到增加。 图 3：展示的另一则实例， 在通过GeneOptimizer软件优化序列后，HIV gag蛋白的mRNA和蛋白产量均观测到增加。转染COS7、CHO和HeLa细胞后，获得了与此相似的结果。此研究在雷根斯堡大学医院R.Wagner小组内进行[3]。 为了展示GeneOptimizer软件的指标，我们比较了不同供应商优化序列的蛋白表达水平。选择三种人类激酶的基因优化和合成，或者采用五种其他供应商进行类似的优化和合成。HEK293细胞的三次表达研究表明，GeneArt优化不仅表达水平高于野生型基因，且在各种条件下的性能均优于五种其他供应商的优化算法（图4）。 图4：野生型基因，以及GeneArt技术和五种其他供应商优化的同一基因的表达水平。 相对蛋白表达值是以GeneArt序列为标准的。 参考文献Fath et al.: Multiparameter RNA and Codon OptimizationRaab et al.: The GeneOptimizer algorithm: using a sliding window approach to cope with the vast sequence space in multiparameter DNA sequence optimizationGraf et al.: Codon-Optimized Genes that Enable Increased Heterologous Expression in Mammalian Cells and Elicit Efficient Immune Responses in Mice after Vaccination of Naked DNA在线索取更多有关 GeneArt 优化和我们的基因合成服务的信息，或发送邮件至[email protected] 资源 文献GeneArt基因到蛋白质手册蛋白表达白皮书蛋白表达手册参考文献多参数RNA和密码子优化GeneOptimizer算法密码子优化基因网络讲座从基因到蛋白质 – 扩展基因合成实现可靠蛋白表达相关产品和服务哺乳动物蛋白表达昆虫蛋白表达哺乳动物细胞系工程服务预先工程化的细胞系定制细胞系工程采用GeneArt技术构建的细胞模型 |
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