다양한 기능에도 불구하고, 단백질은 본질적으로 제한된 수의 빌딩 블록으로부터 구성된다. 이러한 조성상의 제약은 단백질 연구와 그 실용적 응용에 중대한 도전 과제를 제기한다. 새로운 빌딩 블록을 포함시키기 위해 세포의 단백질 합성 시스템을 전략적으로 조작하는 일은 단백질 연구와 응용에서 이러한 제약을 극복하기 위한 핵심 접근으로 부상해 왔다. 지난 20년 동안, 유전 암호 확장(genetic code expansion, GCE) 분야는 괄목할 만한 발전을 이루었으며, 다양한 생물종에 걸쳐 단백질에 수많은 새로운 기능을 통합할 수 있게 해 주었다. 이러한 기술적 진화는 단백질 영상, 단백질 연구를 위한 프로브의 도입, 단백질-단백질 상호작용의 분석, 단백질 기능의 시공간적 제어, 외부 자극에 의해 유도된 단백질체(proteome) 변화의 탐색, 그리고 새로운 기능을 부여받은 단백질의 합성 등 여러 분야에 걸친 유전 암호 확장의 광범위한 적용을 가능하게 하였다. 본 종합 리뷰에서는 지난 20년 동안 GCE 기술을 활용해 온 세포 및 생물물리학적 응용 전반에 대한 개요를 제공하고자 한다.

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