密碼子優(yōu)化是一種通過增加靶基因的翻譯效率來提高生物體內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)水平的新技術(shù)。通常會通過避免稀有密碼子，利用偏愛密碼子（Preferred codons)、簡化mRNA的二級結(jié)構(gòu)、優(yōu)化重復(fù)序列、消除限制酶切位點、調(diào)整GC含量等方法重新設(shè)計基因，以提高翻譯效率，進(jìn)而提高蛋白表達(dá)水平。

基因序列分析工具箱：http://www.detaibio.com/sms2/index.html

載體家工具欄：

序列比對

序列點陣圖

shRNA靶點設(shè)計：https://www.vectorbuilder.cn/tool/shrna-target-design.html

密碼子優(yōu)化：https://www.vectorbuilder.cn/tool/codon-optimization.html

GC含量計算

DNA二級結(jié)構(gòu)

DNA反向互補(bǔ)

DNA翻譯：https://www.vectorbuilder.cn/tool/dna-translation.html?

在線工具：https://www.novopro.cn/tools/

?ExpOptimizer密碼子優(yōu)化工具：https://www.novopro.cn/tools/codon-optimization.html?

優(yōu)化參數(shù)（部分）：密碼子使用偏好性、5' 區(qū)域優(yōu)化（翻譯起始效率）、DNA 重復(fù)序列、mRNA 二級結(jié)構(gòu)、GC 含量、SD 序列、排除指定的限制性內(nèi)切酶位點等。

密碼子適應(yīng)指數(shù)（CAI）是指編碼區(qū)同義密碼子與最佳密碼子使用頻率的相符程度，取值在0~1之間。CAI可以用來評估外源基因在宿主內(nèi)的表達(dá)水平，CAI越高，則外源基因在宿主內(nèi)的表達(dá)水平越高。

CAI計算工具： http://www.merrybio.com.cn/tools/codon-adaptation-index-calculator.html

密碼子使用頻率表：http://www.merrybio.com.cn/tools/codon-usage-table.html

OPTIMIZER在線優(yōu)化網(wǎng)址：

OPTIMIZER is an on-line PHP application that optimizes the codon usage of a DNA sequence to increase its expression level.?

http://genomes.urv.es/OPTIMIZER/

https://www.novopro.cn/tools/??在線工具包含：

多肽性質(zhì)計算器 密碼子優(yōu)化工具 多肽抗原設(shè)計 核酸序列DNA GC含量計算器重復(fù)序列查找蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)定義工具查找回文序列蛋白疏水性分析蛋白質(zhì)消光系數(shù)計算器寡核苷酸(引物)計算器簡并密碼子/簡并引物設(shè)計(deCoDer-R)簡并密碼子/簡并引物設(shè)計(非冗余)(deCoDer-NR)計算簡并密碼子編碼氨基酸蛋白溶劑可及表面積計算器蛋白質(zhì)信號肽預(yù)測蛋白質(zhì)跨膜區(qū)預(yù)測蛋白質(zhì)核定位信號預(yù)測蛋白二級結(jié)構(gòu)預(yù)測硒代甲硫氨酸替換成甲硫氨酸多肽序列轉(zhuǎn)成SMILES多肽庫設(shè)計蛋白酶消化工具SMILES轉(zhuǎn)成3D結(jié)構(gòu)模型3D模型分子轉(zhuǎn)成SMILESNCBI BLAST(秒開)3D結(jié)構(gòu)模型在線繪圖結(jié)合能計算親和力抗體可變區(qū)序列編號抗體可變區(qū)FR/CDR標(biāo)注多序列比對環(huán)形DNA比對工具序列文件格式轉(zhuǎn)換蛋白質(zhì)/多肽等電點計算器蛋白質(zhì)可溶性預(yù)測雙序列比對（全局比對）雙序列比對（局部比對）蛋白質(zhì)無序區(qū)域預(yù)測蛋白質(zhì)motif分析小分子相似性計算二級結(jié)構(gòu)與序列美化展示

格式轉(zhuǎn)化工具：反向核酸序列互補(bǔ)轉(zhuǎn)換反向翻譯FASTA序列拼接EMBL格式轉(zhuǎn)換為FASTAEMBL翻譯后序列提取EMBL序列特征提取DNA序列過濾器蛋白質(zhì)序列過濾器GenBank轉(zhuǎn)換為FASTAGenBank序列特征提取器GenBank翻譯提取器單字母簡寫轉(zhuǎn)換成三字母氨基酸提取指定位置DNA序列提取指定位置蛋白質(zhì)序列按密碼子拆分DNA序列FASTA拆分三字母氨基酸轉(zhuǎn)換成單字母縮寫從窗口提取DNA序列從窗口提取蛋白序列

序列分析工具：?密碼子點陣密碼子頻率及頻次計算工具CpG島預(yù)測計算DNA分子量DNA模式查找DNA堿基統(tǒng)計DNA模糊搜索蛋白質(zhì)模糊搜索序列相似性計算多條蛋白質(zhì)序列反向翻譯DNA序列突變成內(nèi)切酶位點開放閱讀框ORF查找成對排列密碼子成對排列DNA成對排列蛋白質(zhì)PCR引物性質(zhì)計算根據(jù)引物模擬PCR產(chǎn)物蛋白平均疏水性計算蛋白分子量計算蛋白質(zhì)模式搜索蛋白氨基酸統(tǒng)計匯總虛擬限制性內(nèi)切酶酶切酶切位點匯總DNA序列翻譯成氨基酸序列

圖譜處理工具：保守區(qū)比對上色殘基性質(zhì)比對上色格式化輸出DNA格式化輸出蛋白質(zhì)引物圖譜限制內(nèi)切酶圖譜翻譯圖譜

隨機(jī)序列工具：?DNA突變蛋白質(zhì)突變隨機(jī)生成編碼DNA工具隨機(jī)DNA序列生成工具DNA區(qū)域隨機(jī)替換工具隨機(jī)蛋白序列生成工具蛋白區(qū)域隨機(jī)替換工具蛋白質(zhì)樣品DNA樣品打亂DNA打亂蛋白質(zhì)

其他：?IUPAC代碼遺傳代碼蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)定義

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金斯瑞密碼子優(yōu)化：https://www.genscript.com.cn/codon-opt.html

功能蛋白的外源宿主表達(dá)是現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)，然而很多蛋白由于可能包含有抑制表達(dá)的因子：如有機(jī)體使用了不常用的密碼子等，在外源宿主中很難表達(dá)。日益發(fā)展的基因設(shè)計與合成技術(shù)使通過基因設(shè)計改善蛋白表達(dá)成為可能，例如，可以通過基因設(shè)計使基因與宿主的密碼子使用頻率相匹配來提高蛋白表達(dá)水平。金斯瑞基因設(shè)計不僅包括密碼子優(yōu)化，還包括mRNA結(jié)構(gòu)修正、翻譯起始位點的優(yōu)化等。

密碼子偏愛與蛋白表達(dá)：密碼子偏愛性在原核基因表達(dá)中已經(jīng)被證實是一個很重要的影響因素，它引起了同一密碼子在不同生物體之間，蛋白的表達(dá)水平之間以及同一操縱子的不同部位間利用率的改變。引起這種偏愛性差異的主要原因是不同細(xì)胞內(nèi)可用的tRNAs量的差異。因此優(yōu)化翻譯系統(tǒng)較好的方法就是保持密碼子的使用頻率與同源tRNA之間的平衡。如在大腸桿菌中，AGG和AGA所對應(yīng)的tRNA分子就很少，這種差異很明顯會影響基因的表達(dá)。

? E Y D H ? E Y D H ? E Y D H ? E Y D H ? ?

TTT 0.58 0.59 0.37 0.45 TCT 0.17 0.26 0.08 0.18 TAT 0.59 0.56 0.37 0.43 TGT 0.46 0.63 0.29 0.35 ? E: E.coli

TTC 0.42 0.41 0.63 0.55 TCC 0.15 0.16 0.24 0.25 TAC 0.41 0.44 0.63 0.57 TGC 0.54 0.37 0.71 0.55 ? Y: Yeast

TTA 0.14 0.28 0.05 0.07 TCA 0.14 0.21 0.09 0.15 TAA 0.61 0.48 0.42 0.28 TGA 0.30 0.29 0.26 0.52 ? D: Drosophila

TTG 0.13 0.29 0.18 0.13 TCG 0.14 0.16 0.20 0.06 TAG 0.09 0.24 0.32 0.20 TGG 1.00 1.00 1.00 1.00 ? H:Human

將低利用率的密碼子替換成宿主常用密碼子：通?；蛑邪拿艽a子在特定宿主中的利用率越低，該種蛋白的表達(dá)量也就越少，甚至當(dāng)這種密碼子存在與蛋白簇間或者N末端的時候表達(dá)量會更少。在不改變氨基酸序列的前提下將低利用率的密碼子替換為宿主常用密碼子能提高功能蛋白的表達(dá)水平。

去除問題密碼子：?任何來源的密碼子如果在宿主生物體內(nèi)的利用率低于5%到10%時, 就會出現(xiàn)表達(dá)抑制，當(dāng)這些低利用率密碼子臨近或相連時, 對蛋白表達(dá)的影響更大。去除低利用率的密碼子或者容易被誤讀為終止信號的密碼子能夠防止低表達(dá)或者不表達(dá)。

哺乳動物細(xì)胞表達(dá)病毒蛋白：病毒基因經(jīng)過合適的處理也能在哺乳動物細(xì)胞成功表達(dá)，病毒基因密集的信息常常引起閱讀框重疊，許多病毒基因能夠逆序編碼。病毒基因不僅表達(dá)目的蛋白也表達(dá)調(diào)控元件，因此能夠平均提高蛋白表達(dá)量達(dá)28%。通過對病毒密碼子進(jìn)行優(yōu)化以增加靶點免疫原性對于DNA疫苗的研究非常重要。

其他影響因素：?雖然密碼子偏愛在基因表達(dá)中起著重要的作用，但表達(dá)載體和轉(zhuǎn)錄啟動子的選擇同樣重要，N端核苷酸序列的蛋白表達(dá)對于低利用率密碼子和接近起始位點的密碼子AUG非常敏感。翻譯與mRNA的穩(wěn)定性間也存在著相互的影響，雖然降低翻譯效率會使mRNA由于缺少了核糖體的保護(hù)而更容易被endo-RNAses分解，但目前還沒有它們之間影響的完整解釋。穩(wěn)定mRNA二級結(jié)構(gòu)和接近5'端的分子也對基因表達(dá)有重要的影響。利用翻譯時目的基因上游的開放式閱讀框能夠成功提高難度基因的表達(dá)效率。