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你知道吗？科学家们如何用编码的“空白”来创造新功能？
在生命的基本单位——基因组中，科学家们正努力突破自然界的限制，利用扩展的基因编码来创造前所未有的功能和特性。随着合成生物学的兴起，研究人员正在将合成的氨基酸引入生物体的蛋白质中，以探索新的生物学可能性。
扩展基因编码是一项人工修改的技术，使得一个或多个特定的密码子被重新指派以编码非标准氨基酸。
基本上，基因编码的普遍性使得所有生物体使用相同的“遗传语言”。然而，引入新的不自然氨基酸会破坏这一共通性，促使替代生命形式的形成。这种转变将影响RNA讯息的翻译过程，而这一过程是在核糖体的催化作用下进行的。在这其中，转运RNA (tRNA) 扮演着关键的角色，它负责解码mRNA中的密码子。
转运RNA会通过其反密码子与mRNA中的特定三个核苷酸的密码子相互作用，使得每个密码子能对应到20种自然氨基酸之一。
想要将新的氨基酸纳入基因编码中，需要进行一系列的调整。首先，新的氨基酸必须指派到一个不编码20种自然氨基酸的密码子上。通常会选择一个无意义的密码子或四核苷酸密码子。其次，需开发一对新的tRNA和氨基酸tRNA合成酶（orthogonal pair），这对工具必须与内源性系统不互相干扰，但仍能与核糖体及其他翻译组件正常运作。
目前已知的有超过71种不同的不标准氨基酸被引入到大肠杆菌、酵母或哺乳动物细胞中。这些氨基酸通常结构较大，并且拥有各种不同的取代基，这使得它们在科学研究中能参与各种功能。
例如，不自然氨基酸可以充当荧光报告分子，或是在大肠杆菌中进行真核细胞的翻译后修饰。
该过程的核心之一是编码分配与非标准氨基酸的分配问题。在进行基因编码扩展的过程中，研究人员注意到，许多密码子的使用并不均等，某些密码子如琥珀密码子（UAG）尤其罕见，这效果带来了编码的灵活性。
即使琥珀密码子的使用非常少见，科学家们也能利用其稀有性进行特定的氨基酸错配编码研究。
过去的研究，如Normanly等于1990年进行的实验，成功地让E. coli通过琥珀密码子读取非终止态，而这为作用于琥珀密码子的激活铺平了道路。此研究开启了扩展基因编码的潜能，随后不断有关于各种罕见密码子重新分配的探讨与探索。科学家们逐步实现利用氨基酸替换琥珀密码子的技术，进一步扩展了氨基酸的选择。
此外，四核苷酸密码子的使用也逐渐受到重视。虽然自然界内普遍使用三核苷酸密码子，但程序性+1框移动的自然过程使得四核苷酸序列能被用于编码氨基酸。这一技术的发展将有助于创造出更为复杂的生物体系。
这样的技术催生了一系列的应用，从基因疫苗的制作到新型生物传感器的开发。
扩展基因编码的应用不止于此，一旦不自然氨基酸被纳入目标蛋白中，就可以实现对特定部位的基因修改，这样的操作较之后期翻译修饰更具效率和精确性。此外，此技术还能进行体内修饰，这使得许多以往难以实现的研究成为可能。
随着科学技术的进步，扩展基因编码的潜力亦随之而增强。我们不禁思考，当这些新型生物系统日渐成熟时，它将如何改变我们对生命本质的理解与认知？
