然而这些非天然氨基酸必须外源供给，通常以数毫摩尔的浓度下表达重组蛋白。但是非天然氨基酸一般需要化学制备，合成过程较为繁琐，成本较高，阻碍了该技术的广泛应用。近日，北京大学刘涛课题组开发了一种通用、廉价、高效的生物合成非天然氨基酸并将其高效插入到蛋白质中的系统，通过利用简单的市售或者仅通过一步简单合成的前体分子（芳基硫酚或芳基硒酚）加入到大肠杆菌培养基中，可将大约50种新型非天然氨基酸加入到重组蛋白中，这极大地扩展了蛋白质模块构建的化学和功能多样性。

该系统是基于大肠杆菌中半胱氨酸的生物合成途径，通过“劫持”半胱氨酸合成酶（CysM酶）来实现的，该酶以乙酰基丝氨酸和硫氢根离子为底物，催化生成半胱氨酸。CysM酶具有底物识别广泛的特点，除了识别硫氢根离子以外，还可以高效识别不同结构的芳香巯基或硒基的前体小分子。刘涛课题组通过人为添加近50种前体分子，在大肠杆菌内生成这些结构的半胱氨酸类似物。为了进一步优化生物合成途径，提高非天然氨基酸产量，通过表达不受半胱氨酸反馈抑制的上游关键酶O-乙酰丝氨酸转移酶基因AtSat3或NtSat4，进一步提高非天然氨基酸产量。随后以绿色荧光蛋白表征了插入生物合成非天然氨基酸的效率。并且以小分子4-叠氮基苯硫酚（22）为例首次建立了一套基于前体小分子筛选氨基酸的氨酰-tRNA合成酶策略，可进一步提高插入效率。