Diseño e implementación de un algoritmo integrativo para guiar la mutación de secuencias codificantes de ADN para maximizar su expresión

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo principal, idear e implementar un algoritmo para guiar el diseño de proteínas recombinantes. Para lo anterior se recopiló y conformó una base de datos de uso de codones y abundancia de ARNt para un variado grupo de organismos, que incluyó eucariontes y procariontes. El algoritmo opera sobre una secuencia de ADN codificante, de manera que: identifica, analiza cuantitativa y cualitativamente, sugiere mutaciones de acuerdo a las bases de datos designadas automática o manualmente, analiza el plegamiento del ARNm, posibilita la disminución de la estabilidad de estructuras secundarias y permite la visualización gráfica del plegamiento. El algoritmo de mutación trabaja bajo el criterio que el sesgo en el uso de codones refleja la selección para la optimización del proceso de traducción guiado por la abundancia de ARNt. El algoritmo está diseñado para maximizar la expresión recombinante de la proteína codificada sin cambiar su secuencia de aminoácidos. Las mutaciones sugeridas son específicas para cada gen y para cada organismo hospedero en donde dicho gen se desea expresar. La principal tarea y mayor desafío del presente trabajo fue trascender los mecanismos de evolución y los inconvenientes asociados a la producción de proteínas recombinantes. Esto se realizó mediante la información y evaluación de resultados experimentales de diversas investigaciones focalizadas a la genética molecular. De este modo, se logró complementar estudios desarrollados en: el uso de codones, abundancia de ARNt, baja eficiencia de traducción en los primeros ~30-50 codones del ARNm, apareamiento de codones sinónimos en el ARNm, uso de codones mayoritarios y formación de estructuras secundarias en el ARNm. Estas características de presencia transversal en la biología celular, se utilizaron como base en el diseño e implementación de la presente herramienta bioinformática, para el análisis de secuencias codificantes de ADN y mutación sinónima en el proceso de optimización de la expresión de proteínas recombinantes.