Software in Synthetic Biology

Software in
Synthetic Biology
PROTEIN EXPRESSION PURPOSES
Softwares in Synthethic Biology

What is synthetic biology?

Why do we need software?

Applications of IT in Synbio?
Protein Expression
DNA
Construction
Transformation
Expression
Analysis
Software



Gene Analysis

Restriction sites

Proteins
Gene Optimization and Modification

Expression in different host

Cloning
Primer Design

PCR

Sequencing
A Plasmid Editor (APE)
A Plasmid Editor (APE)
A Plasmid Editor (APE)
NCBI
Gene Modification
Purifikasi
Kromatografi
Nikel
(His)6
N-terminal
Situs NdeI Situs Trombin
Pelepasan Tag
Apoptin
Penetrasi Sel Sekresi Protein
(Arg)8 HlyA
C-terminal
Situs Trombin Situs BamHI
Pelepasan Tag
Codon Optimization
Codon Optimization
Codon Optimization
Codon Optimization
Rare Codon Analysis Genscript
Example
No.
Amino Acid
Eliminated Codon(s)
1.
L (leucine)
CTA
2.
R (Arginine)
CGA
AGA
AGG
3.
I (Isoleucine)
ATA
4.
Stop
TAG
Codon Adaptation Index
GC Content
: 0.76 (Ideal)
: 59.18% (ideal 30%-70%)
PCR
Purpose :
Amplifying specific
gene
PCR Application
Software used for :
•DNA Sequencing
•Diagnosis
•Forensic
•Archeology and evolution
Primer Design
Criterias :
1. Melting Temperature (60oC-65oC)
2. Annealing Temperature (max 5oC
below Tm)
3. Primer Length (18-22 bp)
4. GC content (35%-65%)
Generunner
Functions
• PCR Primer Design
• Sequencing Primer
Design, etc.
PCR vs Sequencing
PCR
Sequencing

Unspecific site

Specific site needed

Creating amplicon


Pair primers (Forward and
Reverse)
Revealing DNA sequence in
a sample

Primers designed based on
the gene of interest
Can be done by one
primer

Sometimes primers are not
designed based on the
gene of interest

Case study - Sequencing
Generunner
Reverse Primer
Forward Primer
…TCACCACCACCATCTGGTGCCGCGCGGTAGTAATGCGCTTCAGGAGGACACGCCGCCGGGACCT
TCGACCGTTTTCCGTCCGCCTACCTCCTCGCGTCCTCTGGAAACGCCGCATTGCCGCGAAATTCGT
ATTGGCATCGCCGGGATTACTATCACCCTCTCTCTCTGCGGCTGTGCTAACGCTCGGGCGCCGACC
CTGCGTTCTGCGACGGCAGATAACAGCGAATCAACCGGGTTCAAAAATGTTCCCGATCTGCGTACG
GATCAGCCGAAACCGCCATCGAAAAAGCGCAGTTGTGATCCGTCCGAGTACCGCGTGAGTGAGCT
GAAGGAATCCTTAATCACCACCACCCCGTCCCGTCCCCGCACCGCTCGGCGTCGCATTCGCCTCCG
CCGTCGCCGCCGCCGCCGTCGTCTGGTGCCGCGTGGTTCGCCGCTGATTAACGAGATCAGTAAGAT
TATTAGCGCAGCGGGCAATTTTGACG….
Ordering a Primer
5’
3’
Fw
Rv
3’
5’
Fw
: 5’-3’
Rv
: 3’-5’
Apoptin F
5'-ACTATCACCCTCTCTCTCTG-3‘
Apoptin R
5'-TAATCAGCGGCGAACCACG-3‘
Case Study - Sequencing
Proceed to
SEQUENCING
Protein Expression
DNA
Construction
Transformation
Expression
Sequencing &
Alignment
Analysis
FinchTV (ABI Files)
FinchTV (ABI Files)
BioEdit
BioEdit
5’
3’
Fw
3’
Rv
5’
Reverse Complement Product
Of Rv!
BioEdit
BioEdit
Alignment - BioEdit
Alignment
Alignment
Other Softwares

Homology Protein Modelling : Modeller & Swiss
Modeller

Another alignment software : MEGA

Structural Protein Modelling : PyMol
Peran Alpha-Glucuronidase
 Alpha-Glucuronidase (EC 3,
2, 1) menghidrolisis ikatan
alpha-1,2 antara residu
asam glucuronic dan rantati
beta-D-xylopyranosyl yang
ada pada glucuronoxylan.
 Grup asetil dekat dengan
subtituen glucuronosyl
dapat menghambat
glucuronidase
Pseudomonas Cellulosa AlphaD-glucuronidase
Tujuan Pemodelan
 Menerapkan materi homology modelling
menggunakan modeller
 Memodelkan protein secara 3D
 Membandingkan hasil protein swiss-modeller dan
modeller
 Mengetahui struktur alpha-glucuronidase dari gen
(RUM 630-AG)
 Merupakan aplikasi pemodelan
struktur 3D suatu protein yang
diketahui sekuens asam
aminonya (query sequence).
 Sekuens asam amino
dimodelkan berdasarkan
kemiripan dengan sekuens asam
amino dari template (template
sequence).
 Pemodelan dilakukan secara
online di wesbite swiss model :
swissmodel.expasy.org
 Pemodelan menggunakan
swiss model meliputi tahapan
sebagai berikut :
 Identifikasi template struktural
melalui BLAST
 Alignment dari query
sequences dan template
sequences
 Pembangunan model dan
minimasi energi.
 Evaluasi model, salah
satunya dengan QMEAN.
Tahapan penggunaan perangkat lunak Swiss-Model untuk
melakukan pemodelan homologi enzim alfa-glukuronidase
dari bakteri metanogen di rumen ruminansia
Kolom memasukkan sekuens
asam amino target
Mengunggah FASTA target
Judul Proyek
Email pengguna
Mencari
template untuk
sekuens
Membuat model
dengan swiss
modeller
Sekuens asam amino
protein query
Email pelaksana
modelling
Mencari template
untuk modelling
Hasil pencarian template menunjukkan protein-protein (yang sudah
diketahui struktur 2D-nya) dari protein data bank (PDB). Terlihat
protein 1gqiA memiliki kemiripan sekuens paling tinggi di antara
protein lainnya, sehingga berpotensi dijadikan template.
Mencari template di
NCBI
 Merupakan fungsi penilaian empiris dari penelitian Benkert et al.
 Merupakan kombinasi linier dari empat variabel yang mendeskripsikan
struktur suatu protein, yakni :Geometri lokal, dianalisis dengan sudut
potensial torsi teradap tiga asam amino berurutan.
 Potensial dua interaksi yang bergantung jarak digunakan untuk menilai
interaksi jarak jauh. Pertama, pada tingkat residu berdasarkan atom C-beta
saja, dan pada tingkat kedua digunakan potensial keseluruhan atom.
 Energi pelarutan dihitung utuk mengetahui kelarutan residu di air.
 Digunakan untuk menentukan model yang “bagus” dan “jelek”.
Struktur Model
• Diwarnai berdasarkan pada tingkat
kesalahan modelling
• Warna merah menunjukkan
kesalahan relatif yang tinggi dan
warna biru menunjukkan kesalahan
relatif yang kecil.
Software apa saja yang sudah
dipresentasikan?
 APE, NCBI, CodonOpt (IDT), Rare Codon Analysis
(Genscript), Generunner, FinchTV, Bioedit, Swiss
Modeller
Terima kasih 