[发明专利]一种基于密码子同义突变的基因序列改造方法及其在疫苗制备中的应用

说明书

本发明公开了一种基于密码子同义突变的基因序列改造方法及其在疫苗制备中的应用。该方法通过对序列中同义密码子进行碱基突变，改造成TTA、TTG、TCA或TCG。这样在基因复制过程中，仅需变异一个碱基就可以形成终止密码子(TAA、TGA、TAG)，由基因变异而引起肽链合成终止的概率也会大大增加，从而可以大大提高物种或病毒的遗传稳定性。在病毒的减毒活疫苗的使用过程中，安全性是最主要的问题，减毒活疫苗毒力返强的风险是一直存在的。在减毒活疫苗的设计中，对病毒基因的密码子进行同义突变改造，可以提高疫苗毒序列的保真性，减少疫苗毒在体内毒力返强的几率，从而提高减毒活疫苗的安全性。

技术领域

本发明涉及一种基因序列的改造方法，特别涉及一种基于密码子同义突变的基因序列改造方法，还涉及由该改造方法得到的基因序列及其在疫苗制备中的应用。本发明属于生物技术领域。

背景技术

核酸序列中，连续的3个核苷酸残基为一个密码子。标准的遗传密码是由64个密码子组成的，几乎所有的生物都使用同样的遗传密码。即使是非细胞结构的病毒，它们也是使用标准遗传密码，64种密码子及其编码的氨基酸如图1所示。

在64个密码子中，除了3个终止密码子(TAA、TAG、TGA)以外，其余61个密码子代表20种氨基酸。除了甲硫氨酸、色氨酸各有1个密码子外，其它18种氨基酸均有2个或多个密码子。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子。

同义密码子的几个密码子中，第一、二位碱基大多是相同的，多数是第三位碱基不同。例如：ACU、ACC、ACA、ACG都是苏氨酸的密码子，UGU、UGC、UGA、UGG都是缬氨酸的密码子。这样如果密码子第三位碱基出现了点突变，并不影响所翻译出的氨基酸种类。同义密码子中核苷酸可以是不同的，但编码的氨基酸是相同的，这称为密码子的简并性。

密码子简并性具有重要的生物学意义，它可以减少有害突变。若每种氨基酸只有一个密码子，61个密码子中只有20个是有意义的，各对应于一种氨基酸。剩下41个密码子都无氨基酸所对应，将导致肽链合成终止。由基因突变而引起肽链合成终止的概率也会大大增加。简并性使得那些即使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。

三联体遗传密码中，某个碱基被另外一个碱基替代或者变异后，改变了密码子，但由于密码子简并性，在原来的某种氨基酸的位置仍译成同一种氨基酸，即氨基酸的序列未发生变化，此现象称同义突变。

目前，预防传染病主要依靠免疫接种疫苗。目前市场上使用的疫苗，根据其制备工艺的不同，可以大致分为三类：灭活疫苗、减毒活疫苗(又称弱毒疫苗)、基因工程疫苗。

灭活疫苗，即人们在获得病毒以后，通过对其进行一定的处理，使病毒完全丧失活性，从而得到被杀死的病原微生物，进而制成灭活疫苗。它其实就是一种被杀死的病毒，将其注射入人体，既不会使人染病，又可以促使人体产生抗体，抵御病毒的入侵。如百日咳疫苗等。

减毒活疫苗是将病原微生物(细菌和病毒)在人工条件下，使其丧失致病性，但仍保留其繁衍能力和免疫原性，以此制成减毒活疫苗。将减毒品活疫苗接种于人体后，类似一次轻型的人工自然感染过程，不会发病，但可以引起免疫反应，获得抵御这种疾病的免疫力。它在体内的作用时间长，往往只需要接种一次，即可产生稳固的免疫力。这类疫苗有脊髓灰质炎疫苗、麻疹疫苗等。

基因工程疫苗是使用DNA重组技术，把天然的或人工合成的DNA定向插入到载体中，再导入细菌、酵母或哺乳动物细胞，表达出该DNA编码的蛋白，经蛋白纯化后制得的疫苗。如把编码乙型肝炎表面抗原的基因插入酵母菌基因组，经表达和纯化后，制成重组乙型肝炎疫苗。

其中灭活疫苗和减毒活疫苗，仍是目前使用最多的疫苗。灭活疫苗优点是无散毒风险，安全可靠；缺点是免疫剂量大、免疫次数多和产生抗体水平较低。减毒活疫苗的优点是可诱导产生高水平抗体，且持续时间长，可以提供较好的免疫；缺点是弱毒疫苗具有毒力返强的缺点，具有恢复成致病毒株的风险。