Codon-Optimierung

Ein Codon beschreibt die Abfolge von drei aufeinanderfolgenden Nukleotiden (A, U, G, C) in der Ribonukleinsäure, die gemeinsam für eine Aminosäure kodieren (Translation). Dieser genetische Code ist jedoch „degeneriert“, das heißt, dass bestimmte Aminosäure von mehr als einem Codon kodiert werden. Die Codons UUA, UUG, CUA, CUU, CUG und CUC zum Beispiel kodieren alle die Aminosäure Leucin. Die Frequenz mit der eine Spezies diese Codons nutzt, ist unterschiedlich. So werden z. B. in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae die Codons UUA und UUG öfter als die anderen vier für die Synthese der Aminosäure Leucin genutzt (jeweils zu 25 Prozent). Bei dem Modellbakterium E. coli wird hauptsächlich das Codon CUG für die Synthese dieser Aminosäure genutzt (ca. 50 Prozent).

Will man ein Protein der Backhefe in E. coli herstellen (heterologe Protein-Expression), sollte man den Codongebrauch der entsprechenden Lebewesen kennen, um ein hohe Proteinausbeute zu erzielen. Erreicht wird dies, durch den Austausch der Codons UUA und UUG mit CUG. Dieser Austausch erfolgt auf DNA Niveau. In der DNA-Sequenz werden die Nukleotide TTA und TTG in CTG verändert. Dieser Austausch wird als Codon-Optimierung bezeichnet.