一旦能够利用细胞的翻译系统来制造遗传编码的多聚物，那么前途将不可限量。二十多年来，很多研究小组都在**、酵母和哺乳动物细胞中研究这个课题，包括重新指定一个终止密码子，利用独特的tRNA来转移非天然的氨基酸，以及改造相应的氨酰基-tRNA合成酶。迄今为止，多个活性位点突变的合成酶-tRNA对已开发出来，能够将近50种不同的非天然氨基酸掺入到蛋白中。
然而，延伸这种方法，将不止一种类型的非天然氨基酸掺入到蛋白中仍是一个挑战。密码子的数量就是个限制。在64个天然的三联体密码子中，61个编码了20种氨基酸，只剩下3个有可能被重新指定为非天然的氨基酸。这个空间有限，于是研究人员设计了四个碱基的密码子，在理论上，它们能够组合成256个可能的四联体密码子，编码256种非天然氨基酸。当然，内源的翻译机制不支持这种四联体密码子。
于是，英国医学研究委员会分子生物学实验室（MedicalResearch Council Laboratory of Molecular Biology）的JasonChin及其同僚人工合成出一种名为ribo-Q1的核糖体，能有效解码四联体密码子。ribo-Q1能够与天然核糖体共同存在，以独立平行的方式操作，从而不干扰天然的翻译系统。从理论上说，ribo-Q1能够让研究人员编码200多种不同的非天然氨基酸。
Chin等利用ribo-Q1和两个正交的合成酶-tRNA对，将两个非天然氨基酸掺入到钙调蛋白的指定位点，效率和保真度都很高。含有叠氮化物和炔烃的氨基酸相互作用，形成交联，以锁定的构象限制蛋白结构。此方法还能用于安置成像及生物物理学研究的探针，并在特定位点引入翻译后修饰，以便研究蛋白的结构。
到目前为止，只有两对正交的合成酶-tRNA：酪氨酰-tRNA合成酶-tRNA对和吡咯赖氨酰-tRNA合成酶-tRNA对。还需要更多能将单个tRNA氨酰化的合成酶，才能将多个非天然氨基酸掺入到蛋白中。Chin及其同事也正在为这一点而努力。
Chin表示：“目前的挑战是将所有的片段连通，从2扩展到n。我认为我们获得了实验证明，证明所有的步骤都是可行的，现在我们正尝试组合成更复杂的层次。”
原文检索：
1. Neumann, H. et al. Encodingmultiple unnatural amino acids via evolution of aquadruplet-decoding ribosome. Nature 464, 441–444 2. Neumann, H. et al. De novo generation of mutuallyorthogonal aminoacyl-tRNA synthetase/tRNA pairs. J. Am. Chem. Soc.132, 2142–2144