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图1. 配图入选Chemical Reviews杂志封面
（封面设计师：范仕芸、刘怡宁）
长期以来，DNA和RNA一直被视为存储和传递遗传信息的分子，而蛋白质则是生命活动的主力军。然而，天然蛋白质仅由20种天然氨基酸构成，这一定程度上限制了蛋白质的结构与功能多样性。如今，基因密码子扩展（GCE）技术正在打破这一局限，为生命科学研究带来全新可能。该技术通过引入正交的氨酰-tRNA合成酶（aaRS）/tRNA对，在活细胞甚至完整生物体内的蛋白质翻译过程中，精准地将非天然氨基酸（ncAA）定点引入蛋白质。迄今，已有超过200种功能独特的ncAA成功通过用于GCE技术，其多样的化学基团推动了分子生物学、合成生物学以及生物医学领域的快速发展。GCE技术不仅拓展了蛋白质的化学潜力，也为研究人员探索、操控和开发蛋白质功能，以及创新治疗手段提供了全新的工具。
本篇综述全面回顾了GCE技术过去5年的最新进展。文章梳理了GCE技术的诞生过程、优化方法及其广泛应用（图2），详述了科学家近年来在关键环节的突破，包括翻译元件的优化、正交aaRS/tRNA对筛选方法的改进以及ncAA的生物合成等策略（图2）。此外，文章还深入探讨了GCE技术的多领域创新性应用，从新型生物材料的设计，到更高效的药物递送系统，再到更优的基因编辑工具与疫苗研发方法（图2）。GCE技术也在合成生物学和基础生物机制研究中展现出了强大的潜力（图2）。如今，GCE技术已覆盖从原核到真核的各个角落。未来，随着该技术效率和正交性的进一步提升，以及更多功能性ncAA的成功开发，GCE技术有望催生具备全新功能的复杂生物系统，为生物学与医学领域带来更深远的影响。
图2. GCE技术的优化与应用
