انحياز استعمال الشفرات Codon Usage Bias

استعمال الشفرات الوراثية للتشفير للحوامض الامينية لوفرة في الشفرات الوراثية اذ ان هناك عددا من الحوامض الامينية التي يشفر لها بشفرتين او ثلاثة او أربعة فضلا عن وجود حوامض يشفر لها بست شفرات وراثية ، ويلاحظ بالنسبة للحوامض التي يشفر لها بأكثر من شفرة انها تشترك في القاعدتين الأوليتين وتختلف في القاعدة الثالثة.

وتقرأ الشفرات من قبل tRNA الحاوي على مقابل الشفرة Anticodon  (ضمن أساس تكامل القواعد النتروجينية ) وهناك جزيئة واحدة من tRNA هي التي تقرأ الشفرة الأصلية المشابهة لها وتسمى الجزيئات الملائمة Cognate tRNA وهناك جزيئات اخرى تقرأ الشفرات المترادفة فتسمى النظائر Isoacceptor tRNA والتي يقع عملها ضمن مبدأ المراوغة Wobbling Hypothesis ، وهذا يعني ان الجزيئة الواحدة من tRNA يمكن ان تميز شفرات مختلفة.
والشفرات الوراثية القياسية تستعمل من قبل معظم البكتريا والاركيا وفي أنوية الخلايا حقيقية النواة. وعلى العموم فان صفة القياسية لا تكون ثابتة في كل أشكال الحياة المذكورة فمثلا في Spiroplasma و Mycoplasma تستعمل UGA للتربتوفان في حين انها شفرة وقف بالنسبة للقياس العام، وكذلك الحال بالنسبة للهدبيات Ciliata وبعض الخمائر فهي تستعمل بعض شفرات الوقف للتشفير للكلوتامين. اما في مايتوكوندريا الخلايا حقيقية النواة التي لها جينومها المستقل فهي تحوي على بدائل للشفرات الوراثية وتخلق tRNA الخاصة بها. ومن الجدير بالذكر ان الحامض السستيئين السليني يعد الحامض الاميني الواحد والعشرون ويشفر بUGA اي شفرة وقف ويوجد في بعض البكتريا وعدد من الأحياء حقيقية النواة.
وكان يعتقد سابقا ان الشفرات المترادفة للحامض الاميني تحدث بشكل عشوائي في الجينوم نظرا لانها في النهاية تعطي الحامض الاميني نفسه وهذا يعني ان كل الجينومات لها الفرصة نفسها في تكرار استخدام الشفرات المترادفة، ولكن بعد زيادة الدراسات وكثرة التواليات المسجلة من نهاية سبعينات القرن الماضي الى بداية الثمانينات تبين ان استعمال الشفرات ليس عشوائيا وان بعض الجينومات تفضل استعمال بعض الشفرات للحوامض الامينية وسمي هذا بانحياز استعمال الشفرات Codon Usage Bias وهذا بطبيعة الحال يؤثر في تصميم البوادئ Primers فيما اذا استعملت تواليات البروتين، لذلك فعند اختيار بروتين لتصميم البوادئ يفضل اختيار بروتين يكون بأقل ما يمكن من تشتت الشفراتDegeneracy .

اما تفضيل استعمال شفرات معينة للحوامض الامينية فله عدة أسباب منها إتباع محتوى الجينوم العام، فمثلا Escherichia coli محتوى جينومها من GC يصل الى 50 % التي تعد النموذج الدراسي والموضحة بعض الحقائق عن استعمالها للشفرات في الجدول الاتي :

وهذا صحيح بالنسبة لمعظم البكتريات وعليه فإتباعا للمعدل فإنها تميل الى استعمال الشفرات التي تكون فيها القاعدة الثالثة من C او G ولكن هذا لا يكون عاما وشاملا نظرا لوجود التغاير بين الجينات حتى في الجينوم الواحد ، فضلا عن ان العديد من الجينومات الأخرى تحوي على مناطق غير مشفرة تحوي على GC .  ومن جهة ثانية قد يكون للطفرات أثر في انحياز استعمال الطفرات.
وقد تكون عملية كفاءة الترجمة هي المؤثر الأكبر اذ ان الكفاءة العالية تعني المعدل العالي من تخليق البروتينات والمعدل الواطئ من الأخطاء في الوقت نفسه ، والكفاءة هذه تتأثر بشكل كبير بوجود جزيئات tRNA الملائمة والجزيئات المناظرة ، فبعض الأحياء تحوي على كميات كبيرة من جزيئات tRNA المناسبة الخاصة بحامض اميني محدد وهذا يعني وجود الشفرات الملائمة لها ويؤدي الى تخلي الخلايا عن القوة الدافعة للطفرات المؤدية الى التغيير، وهذا ما يحصل في الفقريات الراقية او البكتريا التي تعيش بطريقة متطفلة داخل خلايا المضيف وكذلك بالنسبة للعضيات الخلوية مثل المايتوكوندريا والبلاستيدات الخضر وغيرها .وقد وضعت برامج خاصة لتحديد استعمال الشفرات والقيم الاحصائية لها مثل Rose Plot المعتمد على توفر القواعد النتروجينية مثل AT  الموضح في الاتي :