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你知道嗎？科學家們如何用編碼的“空白”來創造新功能？
在生命的基本單位——基因組中，科學家們正努力突破自然界的限制，利用擴展的基因編碼來創造前所未有的功能和特性。隨著合成生物學的興起，研究人員正在將合成的氨基酸引入生物體的蛋白質中，以探索新的生物學可能性。
擴展基因編碼是一項人工修改的技術，使得一個或多個特定的密碼子被重新指派以編碼非標準氨基酸。
基本上，基因編碼的普遍性使得所有生物體使用相同的“遺傳語言”。然而，引入新的不自然氨基酸會破壞這一共通性，促使替代生命形式的形成。這種轉變將影響RNA訊息的翻譯過程，而這一過程是在核糖體的催化作用下進行的。在這其中，轉運RNA (tRNA) 扮演著關鍵的角色，它負責解碼mRNA中的密碼子。
轉運RNA會通過其反密碼子與mRNA中的特定三個核苷酸的密碼子相互作用，使得每個密碼子能對應到20種自然氨基酸之一。
想要將新的氨基酸納入基因編碼中，需要進行一系列的調整。首先，新的氨基酸必須指派到一個不編碼20種自然氨基酸的密碼子上。通常會選擇一個無意義的密碼子或四核苷酸密碼子。其次，需開發一對新的tRNA和氨基酸tRNA合成酶（orthogonal pair），這對工具必須與內源性系統不互相干擾，但仍能與核糖體及其他翻譯組件正常運作。
目前已知的有超過71種不同的不標準氨基酸被引入到大腸桿菌、酵母或哺乳動物細胞中。這些氨基酸通常結構較大，並且擁有各種不同的取代基，這使得它們在科學研究中能參與各種功能。
例如，不自然氨基酸可以充當熒光報告分子，或是在大腸桿菌中進行真核細胞的翻譯後修飾。
該過程的核心之一是編碼分配與非標準氨基酸的分配問題。在進行基因編碼擴展的過程中，研究人員注意到，許多密碼子的使用並不均等，某些密碼子如琥珀密碼子（UAG）尤其罕見，這效果帶來了編碼的靈活性。
即使琥珀密碼子的使用非常少見，科學家們也能利用其稀有性進行特定的氨基酸錯配編碼研究。
過去的研究，如Normanly等於1990年進行的實驗，成功地讓E. coli通過琥珀密碼子讀取非終止態，而這為作用於琥珀密碼子的激活鋪平了道路。此研究開啟了擴展基因編碼的潛能，隨後不斷有關於各種罕見密碼子重新分配的探討與探索。科學家們逐步實現利用氨基酸替換琥珀密碼子的技術，進一步擴展了氨基酸的選擇。
此外，四核苷酸密碼子的使用也逐漸受到重視。雖然自然界內普遍使用三核苷酸密碼子，但程序性+1框移動的自然過程使得四核苷酸序列能被用於編碼氨基酸。這一技術的發展將有助於創造出更為複雜的生物體系。
這樣的技術催生了一系列的應用，從基因疫苗的製作到新型生物傳感器的開發。
擴展基因編碼的應用不止於此，一旦不自然氨基酸被納入目標蛋白中，就可以實現對特定部位的基因修改，這樣的操作較之後期翻譯修飾更具效率和精確性。此外，此技術還能進行體內修飾，這使得許多以往難以實現的研究成為可能。
隨著科學技術的進步，擴展基因編碼的潛力亦隨之而增強。我們不禁思考，當這些新型生物系統日漸成熟時，它將如何改變我們對生命本質的理解與認知？
