생명체의 세포 내 *유전 부호(genetic code)는 수백 가지의 비천연 아미노산(non-canonical amino acids)을 단백질에 부위별로 통합할 수 있도록 재조정되었으며, 코돈 조합을 통해 non-canonical polymers와 macrocyclic peptides 및 depsipeptides의 합성을 가능하게 합니다. 현재 유전 코드의 확장 및 재프로그래밍을 위해 필요한 새로운 monomers를 아실화(acylate)할 수 있는 orthogonal aminoacyl-tRNA synthetases를 공학적으로 합성하는 방법은 translational readouts에 의존하므로, monomers가 ribosome substrates 상태에서만 합성이 가능합니다.

*Orthogonal synthetases는 non-canonical monomers(ncMs)가 좋지 않은 리보솜 기질일 경우 orthogonal tRNAs를 아실화할 수 없으며, ncMs를 orthogonal tRNA에 아실화할 수 없는 경우 리보솜은 ncMs를 중합할 수 없습니다. 이러한 상호 의존성은 생명체 내 translation이 가능한 범위를 α-L-아미노산 및 관련된 하이드록시산으로 제한하며, 사실상 진화적인 교착 상태로 만듭니다.

이 논문에서는 교착 상태의 제약을 넘어서기 위해 tRNA display를 개발했으며, 이는 Escherichia coli에서 ncMs가 리보솜 기질인지 여부와 관계없이, orthogonal synthetases가 orthogonal tRNAs를 ncMs로 선택적으로 아실화하는 것을 직접, 빠르고 확장 가능하게 선택할 수 있게 합니다. tRNA display를 사용하여, 연구진들은 여러 β-아미노산, α,α-disubstituted amino acids 및 β-hydroxy acids를 포함한 여덟 가지 비정규 아미노산 및 여덟 가지 ncMs로 그들의 orthogonal tRNAs를 특이적으로 아실화하는 orthogonal synthetases를 직접 선택했습니다.

이러한 연구 성과를 바탕으로, 연구진들은 단백질 내에 β-아미노산 및 α,α-disubstituted amino acids의 유전적으로 인코딩된, 특이적인 세포 내 통합을 시연함으로써 유전 코드의 화학적인 범위를 새로운 클래스의 monomers로 확장합니다.

* 유전 부호(genetic code): DNA 상의 codon이 어떤 아미노산을 조합할 지에 대한 정해진 규칙.
* Orthogonal synthetase: 특정한 비정규 아미노산이나 다른 단량체를 특정 tRNA에 부착시키기 위해 만든, 자연에서 발견되지 않는 tRNA 합성 효소