[ROSALIND] DNA의 인트론(intron) 영역 제거 후 단백질로 번역

문제 설명

DNA의 전사 과정(transcription)은 DNA의 일부를 RNA로 만드는 과정이다. 세포의 핵 내에서 RNA polymerase (RNAP)라는 RNA 중합효소가 DNA의 두 가닥 중 한 가닥을 템플릿(template strand)으로 사용해 상보적인 서열을 만든다. 이 때 A의 염기쌍으로 T 대신 U를 사용하고, 이렇게 완성된 서열을 precursor mRNA (pre-mRNA)라고 부른다.

전사 (Transcription) 과정

Pre-mRNA는 intron과 exon으로 구성되어 있는데 단백질로 번역되기 전에 intron 영역은 제거되고 exon 영역끼리 이어 붙은 서열을 mRNA라 부른다. 이러한 intron 제거 과정은 spliceosome이라 불리는 다양한 RNA와 단백질 구성이 실행시키며 이 과정을 splicing이라 한다. Spliceosome에 포함된 RNA와 단백질도 splicing 과정을 거쳐야 했을텐데 그렇다면 가장 첫 spliceosome에 포함된 RNA와 단백질은 어떻게 splicing 되었는지가 아직도 의문이다.

DNA의 coding strand는 RNA와 서열이 같다 (T만 U로 바꾸면 된다)

용어 정리를 좀 하자면, DNA는 2개의 가닥으로 이루어져 있는데 각각 template strand (= non-coding strand)와 coding strand (= non-template strand)이라 불린다. 이건 처음부터 딱딱 정해져 있는게 아니라 template strand는 RNAP가 RNA를 만들 때 템플릿으로 사용하는 가닥이므로 자연스럽게 반대쪽 DNA 가닥이 coding strand가 된다. 즉, DNA의 coding strand는 T를 U로 바꾼거 이외에 만들어진 RNA와 서열이 같다(위 그림처럼)! 그리고 exon이 실질적으로 단백질이 되어 기능을 하는 부분이기 때문에 DNA의 유전자 영역에서 exon 부분을 유전자의 coding region이라 부른다.

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문제 (RNA Splicing)

DNA 서열과 이 서열의 intron 영역들이 주어졌을 때, exon만 이어 붙여서 단백질 서열로 번역하시오. 주어진 DNA 서열은 coding strand라 생각하면 된다.

예시

>Rosalind_10
ATGGTCTACATAGCTGACAAACAGCACGTAGCAATCGGTCGAATCTCGAGAGGCATATGGTCACATGATCGGTCGAGCGTGTTTCAAAGTTTGCGCCTAG
>Rosalind_12
ATCGGTCGAA
>Rosalind_15
ATCGGTCGAGCGTGT

예상 결과

MVYIADKQHVASREAYGHMFKVCA

 

해결

codon = {}
# codon에 해당하는 아미노산 딕셔너리에 저장하기
with open("aa_codon.txt", "r") as f:
    for line in f.readlines():
        aa = line.split()
        for i in range(0, len(aa), 2):
            codon[aa[i]] = aa[i+1]

# rna를 protein으로 번역해주는 함수
def translation(rna):
    protein = ''
    for i in range(0, len(rna), 3):
        protein += codon[rna[i:i+3]]
    
    return protein.replace('Stop', '')

# 테스트케이스 가져오기
with open("rosalind_splc.txt") as f:
    seqs = []
    seq = ''
    for line in f.readlines():
        if line.startswith('>'):
            if seq: # 완성된 dna 서열 저장하기
                seqs.append(seq)
            seq = ''
        else:
            seq += line.strip()
    if seq:         # 완성된 dna 서열 저장하기
        seqs.append(seq)

    dna = seqs[0]   # 첫번째 서열이 dna 서열임
    for i in range(1, len(seqs)):   # 나머지 서열이 intron임
        dna = ''.join(dna.split(seqs[i]))   # intron 서열 빼주기 양쪽의 exon 이어 붙여주기
    
    rna = dna.upper().replace('T', 'U')     # T를 U로 바꿈으로서 dna -> rna
    print(translation(rna)) # rna 서열 단백질로 번역하기