Codon Design Online（CoDOn）：一款功能全面的合成基因设计网络应用，可基于多种标准和参数实现异源表达

《BMC Bioinformatics》：Codon Design Online (CoDOn): a comprehensive web application of synthetic gene design with multi-criteria and multi-parameters for heterologous expression

　　

摘要

背景

在用于异源表达的从头基因设计中，密码子优化是一项常见但影响重大的步骤，同时也是合成生物学中的重要工具。蛋白质的表达量取决于多种序列层面的因素，比如整体密码子使用频率、密码子对上下文、初始mRNA折叠情况以及特定序列模式或重复序列的存在。然而，现有的许多工具仍存在透明度不足或设计灵活性受限的问题。

结果

我们开发了Codon Design Online（CoDOn）这一公开可用的网络应用，它将密码子优化视为一个明确的多目标设计任务，并运用非支配排序遗传算法II（NSGA-II）来生成多种帕累托最优的编码序列。CoDOn支持多种设计标准，这些标准既能考虑宿主层面的密码子使用情况，也能兼顾局部翻译环境，包括单个密码子使用频率（ICU）、密码子上下文（CC）、密码子适应指数（CAI）以及潜在的终止密码子。用户还可以设定序列层面的约束条件，比如GC/GC3组成比例目标、5′端附近mRNA的折叠能量要求，以及排除某些特定序列模式或重复序列。值得一提的是，该平台拥有模块化界面，用户可以直观地交互式配置参数，并通过帕累托图、密码子使用频率雷达图和表格、密码子对热图以及可导出的报告来分析结果。我们通过在大肠杆菌和酿酒酵母中的实际设计案例，展示了该平台的实用性。

结论

CoDOn将原本属于黑箱、仅能输出单一结果的密码子优化过程，转变为一种基于帕累托权衡的、透明且可由用户自定义的决策流程，从而支持针对不同宿主和应用场景进行定制化的基因设计。CoDOn网络服务地址为https://codondesign.com/。