[發明專利]一種基于免疫算法的密碼子優化方法

有效

• 申請號: 201710611752.5
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN110070913B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 樊隆;孫巖;吳東明;黃小羅;張麗華;柳振宇
• 申請（專利權）人: 南京金斯瑞生物科技有限公司
• 主分類號: G16B25/10
• 分類號: G16B25/10;G06N3/006;G06N3/126
• 代理公司: 北京華睿卓成知識產權代理事務所(普通合伙) 11436
• 代理人: 程淼

1.一種基于免疫算法的密碼子優化方法,其特征在于先后使用免疫算法和遺傳算法分別對蛋白質編碼序列進行局部多目標優化和全局多目標優化，再用窮舉法對序列進行微調優化，從而最大限度的搜索到最優表達序列；其中

所述優化方法包括以下三個步驟：第一步是局部優化，即將蛋白質序列切割成無重疊的序列片段A₁、A₂……A_n，然后利用免疫算法，對每個序列片段完成密碼子優化，生成近似最優DNA序列集B₁、B₂……B_n；第二步是全局優化，即利用遺傳算法，基于B₁、B₂……B_n初始化蛋白質全長的DNA編碼序列，篩選出蛋白質序列最優DNA序列C₁；第三步是微調優化，包括對編碼蛋白質N端區域所對應的DNA序列5’端進行窮舉法優化，生成DNA序列C₂，并消除表達抑制性模序，最終生成最優表達序列D；

其中所述的免疫遺傳算法采用多目標優化方法對蛋白質片段進行局部優化，群體的初始化基于高表達蛋白編碼序列的二聯密碼子表，直接采用同義密碼子對每個基因進行編碼；優化過程中通過計算免疫遺傳算法的抗體信息熵、抗體群體相似度、抗體濃度和聚合適應度以及更新記憶單元來保證抗體多樣性并防止群體退化現象，從而增加算法的全局搜索能力；

所述的遺傳算法采用多目標優化方法用來對蛋白質全序進行全局優化，初始化群體基于局部優化的優化后片段隨機生成，直接采用每個蛋白質片段的優化序列集對每個基因進行編碼；

所述的微調優化利用窮舉法對DNA序列5’端的折疊自由能MFE、Codon?Context和CAI進行計算和排序，并根據排序結果選擇最佳的蛋白序列N端編碼序列。

2.根據權利要求1所述的優化方法，其特征是所述的蛋白質是指由二十個以上的氨基酸組成化合物；在定位上包括分泌蛋白、膜蛋白、胞質蛋白、細胞核內蛋白等；在功能上包含抗體蛋白、調節蛋白、結構蛋白等；在來源上包含同源表達蛋白和異源表達蛋白；在序列上包含天然蛋白和人工改造后的蛋白，完整的蛋白/抗體和截斷的部分蛋白/抗體，以及2個或2個以上蛋白之間、蛋白與肽鏈之間形成的融合蛋白；所定義的抗體包括但不限于完整的抗體和Fab、ScFV、SdAb、嵌合抗體、雙特異性抗體、Fc融合蛋白。

3.根據權利要求1所述的優化方法，其特征是所述的密碼子優化方法至少適用于以下的宿主表達系統：1)哺乳動物表達系統；2)昆蟲表達系統；3)酵母表達系統；4)大腸桿菌表達系統；5)枯草芽孢桿菌表達系統；6)植物表達系統和7)無細胞表達系統。

4.根據權利要求1所述的優化方法，其特征是所述的密碼子優化方法至少適用于以下表達載體:瞬時表達載體和穩定表達載體、病毒表達載體和非病毒表達載體、誘導和非誘導表達載體。