Kode genetik yang diperluas disebut juga dengan Genetic code expansion (GCE) adalah modifikasi buatan dari sistem kode genetik, di mana satu atau lebih kodon (triplet nukleotida) atau struktur kodonik lainnya dialokasikan untuk mengkode asam amino non‑standar (non‑canonical/unnatural amino acids, UAA) yang tidak termasuk dalam 20–22 asam amino proteinogenik alami.[1] GCE memungkinkan sel atau sistem translasi untuk memasukkan asam amino tambahan ke dalam protein pada posisi tertentu yang dipilih secara genetik. Hal ini dicapai dengan menggunakan tRNA dan aminoacyl‑tRNA sintetase (aaRS) yang direkayasa secara khusus, serta kodon yang telah dialokasikan untuk tujuan tersebut.[2][3]
Prasyarat Utama Perluasan Kode Genetik
Untuk memperluas kode genetik, dibutuhkan beberapa komponen kunci. Asam amino non‑standar (UAA/ncAA) yang ingin dimasukkan ke protein harus memiliki sifat kimia atau reaktivitas khusus yang tidak dimiliki asam amino alami. UAA dapat memiliki rantai samping dengan sifat kimia, fisik, atau reaktivitas yang berbeda, misalnya kemampuan fotokontrol, kelompok bio‑ortogonal, atau kemampuan mengikat logam sehingga memperluas fungsi protein.[4]
Selain itu, diperlukan kodon yang belum digunakan untuk mengkode UAA tersebut, misalnya kodon stop, kodon jarang, kodon kuadruplet, atau pasangan basa sintetis.[5][6] Kodon baru ini dikenali oleh tRNA orthogonal, yang spesifik terhadap kodon tersebut dan tidak berinteraksi dengan tRNA atau aminoacyl‑tRNA sintetase (aaRS) endogen, sehingga translasi alami tetap terjaga. aaRS orthogonal kemudian mengeasilasi tRNA ini dengan UAA spesifik, tanpa mengenali tRNA endogen atau asam amino alami, sehingga UAA hanya disisipkan pada posisi yang diinginkan.[7]
Dengan kombinasi komponen tersebut, sistem translasi sel dapat menghasilkan protein dengan sifat dan fungsi baru tanpa mengganggu jalur translasi normal, memungkinkan penelitian dan aplikasi dalam biologi sintetik serta pengembangan protein dengan kemampuan yang tidak mungkin dicapai oleh asam amino alami saja.[8][9][10]
Sifat
Kode genetik pada organisme bersifat sangat mirip dan disebut hampir universal, sehingga hampir seluruh makhluk hidup menggunakan bahasa genetik yang sama.[11] Sistem ini mendasari translasi mRNA menjadi protein melalui ribosom, dengan tRNA sebagai molekul adaptor yang mengenali kodon tertentu pada mRNA melalui antikodon. Aminoasil‑tRNA sintetase mengkatalisasi pengikatan asam amino ke tRNA yang sesuai, memungkinkan kodon diterjemahkan menjadi rantai polipeptida.[12] Beberapa organisme, termasuk beberapa jenis bakteri, memiliki mekanisme alternatif untuk memasukkan asam amino yang tidak secara langsung dikodekan dalam genom, misalnya melalui modifikasi asam amino terkait secara struktural.[13] Pengenalan asam amino non-standar atau buatan ke dalam protein sel hidup merupakan bagian dari penelitian biologi sintetis yang memungkinkan modifikasi kode genetik sel. Dalam kondisi ini, kodon tertentu yang biasanya mengkode asam amino alami dapat mengkode asam amino baru, sehingga aturan translasi protein diubah.[14][15] Perubahan ini membuka kemungkinan penciptaan bentuk kehidupan alternatif atau organisme dengan sifat protein yang unik, yang tidak ditemukan di alam.[16][17][18]
