在地球上所有形式的生命体中，遗传信息都是由四个“字母”排列而成，即核苷酸G、C、A和T，它们形成两对碱基对：G-C和A-T。将遗传字母表扩展至第五个和第六个字母，而非第三对非天然碱基对，不仅可以被立即应用到多种应用上，例如，寡核苷酸的位点专一性标记，而且还可以以此为基础去发展含有扩展遗传密码的生物体。为了实现这一目标，我们研究了大量不同的非天然核苷酸，这些核苷酸主要含有疏水性的核苷酸类似物，它们的配对方式是基于填充和疏水性的相互作用而非基于氢键的配对方式。基于大量的构效关系研究和两轮筛选的优化，最终鉴定出一类能够被DNA和RNA聚合酶很好识别的非天然碱基对。最近，我们设计利用大肠杆菌来导入必需的非天然三磷酸盐，并证明了含有非天然碱基对的DNA可以在细胞内有效地复制、转录和翻译，从而产生了第一个可储存和检索新增信息的半合成生物体。