[ROSALIND] Open reading frame (6-frame 번역하기)

문제 설명

DNA에서 상보적인 mRNA 서열을 만들고, mRNA가 단백질로 번역딘다. mRNA 서열이 단백질로 번역될 때 항상 mRNA의 전체 서열을 사용하는 것이다. mRNA 서열 중 start codon (AUG)가 있는 모든 곳에서 번역이 가능하고 모든 end codon (UAG, UAA, UGA)에서 번역이 종료된다. 그러므로 mRNA에서 번역이 시작될 수 있는 시점은 첫번째, 두번째, 세번째 염기서열이 있다. 이것을 three frame translation이라 부른다.

하지만 DNA에는 상보적인 반대 서열이 존재하기 때문에 이 서열까지 고려한다면 단백질 번역의 시작이 가능한 곳은 총6곳이다. 이렇게 번역이 가능한 구간을 open reading frame (ORF)이라 부른다. 이번 문제에서는 six frame translation을 코드로 구현하는 문제이다.  

DNA -> RNA -> Protein

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문제 (Open Reading Frames)

최대 길이가 1 kbp인 DNA 서열이 FASTA 파일 형식으로 주어졌을 때 가능한 모든 단백질 서열을 출력하시오.

예시

>Rosalind_99
AGCCATGTAGCTAACTCAGGTTACATGGGGATGACCCCGCGACTTGGATTAGAGTCTCTTTTGGAATAAGCCTGAATGATCCGAGTAGCATCTCAG

예상 결과

MLLGSFRLIPKETLIQVAGSSPCNLS
M
MGMTPRLGLESLLE
MTPRLGLESLLE

 

해결

# RNA 서열을 입력값으로 주었을 때 상보적인 RNA 서열을 반환하는 함수
def rev_complement_mrna(s):
    return s[::-1].upper().replace('A', 'u').replace('U', 'a').replace('G', 'c').replace('C', 'g').upper()

codon = {}
# 각 codon에 매치되는 아미노산 딕셔너리 만들기
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]

# 6 frame을 고려해서 RNA 서열을 단백질로 번역하는 함수
def six_frame_translation(rna):
    rev_rna = rev_complement_mrna(rna)
    proteins = set()    # 똑같은 단백질 서열 제거하기 위해 set()을 사용

    # 3 frame만 고려해서 단백질로 번역하는 함수
    def three_frame_translation(rna):
        for i in [0,1,2]:
            protein = ''
            for j in range(i, len(rna)-3, 3):
                aa = rna[j:j+3]
                
                # 단백질 서열이 만들어지는 중이면 이어나가기
                if protein:
                    if codon[aa] == 'Stop':
                        proteins.add(protein)
                        protein = ''
                    else:
                        protein += codon[aa]
                
                # 단백질 서열이 없고 codon이 AUG일 때 단백질 번역 시작하기
                elif protein == '' and aa == 'AUG':
                    protein += codon[aa]
    
    three_frame_translation(rna)
    three_frame_translation(rev_rna)
    
    frags = set()
    for protein in proteins:
        temp = protein.split('M')
        # 각 단백질 서열마다 중간에 M을 포함하고 있다면 추가적인 단백질 서열로 인식하기
        if len(temp) > 2:
            for i in range(2, len(temp)):
                frags.add('M' + ''.join(temp[i:]))

    # proteins와 frags에 있는 단백질 서열 모두 반환하기
    return proteins | frags

# 예시 가져오기
with open('rosalind_orf.txt', 'r') as f:
    seq = ''
    for line in f.readlines():
        if not line.startswith(">"):
            seq += line.strip()

    rna = seq.upper().replace('T', 'U')

    proteins = six_frame_translation(rna)
    for protein in proteins:
        print(protein)

aa_codon.txt

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