共價化學已經改變了小分子藥物發現領域，然而由於共價戰頭難以便捷地整合進生物製劑，蛋白質領域的類似策略在很大程度上仍難以實現。傳統的遺傳密碼子擴展方法要求為每一種新的氨基酸工程化一個專屬的氨酰-tRNA 合成酶，這使得大規模戰頭篩選變得不切實際。在此，我們介紹 AminoX，這一平台通過直接 tRNA 酰化繞過了這一限制，從而實現了化學性質多樣的非標準氨基酸（nsAA）的位點特異性摻入，其中包括與可規模化生物製劑生產兼容的共價戰頭型 nsAA 以及多功能 nsAA。
藉助彙集式 mRNA 展示工作流程，我們在經機器學習設計、靶向 CTLA-4 的 de novo 迷你蛋白中，篩選了超過 2,000 種戰頭-位點組合，從而能夠並行解析共價化學、連接臂幾何構型及摻入位點的影響。我們在細胞上證實了共價結合，並觀察到功能性阻斷的增強。最後，我們展示了多功能 nsAA：其一將共價戰頭與熒光增強型報告基團結合，用於即時檢測靶標結合；其二實現了雙 nsAA 摻入，用於大環化以及對細胞表面共價結合進行熒光成像。
通過整合合成生物學、化學生物學、生成式蛋白設計和高通量功能篩選，AminoX 將共價蛋白工程的開發週期壓縮了數個數量級，從而加速了下一代治療藥物、生物傳感器和化學探針的開發。
E.K.、H.P.、M.M.、J.J.C. 和 G.M.C. 是 ExtRNA, Inc. 的聯合創始人。有關 G.M.C. 財務利益的完整列表，請訪問 arep.med.harvard.edu/gmc/tech.html。
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