每一堂基础生物学课都告诉我们，蛋白质是由20种不同的氨基酸组合而成的，这些氨基酸的排列方式与单词相似。然而，研究人员试图去构建具有新功能的生物分子民族长期以来一直感到不安受限于这20个基本组成部分，并努力发现结合其他组成部分的方法-被称为非cano镍氨基酸转化成蛋白质。

　　斯克里普斯的研究人员已经开发出一种简单地将非规范氨基酸引入蛋白质的新范例。他们的策略于2024年9月11日发表在《自然生物技术》杂志上，其中包括用4个RNA核苷酸编码每个新氨基酸，而不是标准的3个。

　　为了产生任何特定的蛋白质，细胞必须首先将RNA链转化为一串氨基酸。每三个核苷酸的RNA，被称为密码子，对应一个氨基酸。然而，许多氨基酸有许多潜在的密码子;例如，RNA读取序列UAU和UAC都对应于氨基酸酪氨酸。被称为转移rna (trna)的小分子负责将每个氨基酸与其匹配的密码子连接起来。

　　最近，想要在蛋白质中添加全新氨基酸的研究人员设计了重新分配密码子的技术。例如，UAU密码子可以通过修饰UAU的tRNA连接到不同的氨基酸上，导致细胞将UAU视为酪氨酸以外的构建块。

　　与此同时，细胞基因组中的每一个UAU都必须被转化为UAC，以防止这种新的氨基酸与成千上万种不属于它的蛋白质结合在一起。

　　巴德兰补充说:“通过全基因组重新编码来创建自由密码子可能是一种强大的策略，但它也可能是一项具有挑战性的任务，因为它需要大量的资源来构建新的基因组。对于生物体本身来说，很难预测这些密码子的变化如何影响基因组的稳定性和宿主蛋白质的产生。”

　　巴德兰和他的同事们的目标是开发一种高效的即插即用技术，只需将选定的非规范氨基酸引入目标蛋白质的特定位置，而不损害细胞的正常生物学特性，也不需要改变整个基因组。这意味着使用尚未分配给氨基酸的tRNA。他们的答案是一个包含四个核苷酸的密码子。

　　研究小组意识到，在一些情况下，四核苷酸密码子是自发产生的，比如细菌迅速进化成耐药性。因此，在他们最新的研究中，研究人员调查了为什么细胞使用具有四个核苷酸而不是三个核苷酸的密码子。他们观察到，与四碱基密码子相邻的序列的身份是至关重要的——经常使用的密码子提高了细胞检测四核苷酸密码子和整合非规范氨基酸的能力。

　　巴德兰的研究小组随后研究了他们是否可以改变单个基因的序列，以创造一个新的四核苷酸密码子，使其适合细胞使用。这个方法奏效了。

　　当研究人员用三字母的常用密码子包围目标位置，同时保持足够数量的四核苷酸tRNA时，细胞吸收任何与相关四字母tRNA连接的新氨基酸。

　　研究人员用12个可选的四核苷酸密码子重复了这个实验，然后用这种方法创造了100多个独特的环肽，称为大环，每个环含有多达3个非规范氨基酸。

　　巴德兰指出:“这些环状肽让人想起人们可能在自然界中发现的生物活性小分子。通过利用蛋白质合成的可编程性和这种方法可获得的构建块的多样性，我们可以创造出新的自然小分子，这些小分子将在药物发现中具有令人兴奋的应用。”

　　他补充说，与早期的非规范氨基酸整合技术不同，这种新方法使用起来很简单，因为它只需要改变一个基因，而不是细胞的整个基因组。此外，由于四核苷酸密码子比三核苷酸密码子更常见，因此在单个蛋白质中可能使用更多的非规范氨基酸。

　　Badran总结道:“我们的研究结果表明，人们现在可以轻松有效地将非规范氨基酸整合到各种蛋白质的不同位点。我们对我们正在进行的工作的这些可能性感到兴奋，并为更广泛的社区提供这种能力。”

　　他指出，这一过程可能用于重新设计现有的蛋白质，或者构建全新的蛋白质，应用于医学、制造业和化学传感等各种领域。