生物體可以天然地吸收非典型的化學元素，但並不是所有的同化途徑都被描述過
儘管生物化學的普遍觀點僅僅基於前面提到的六種基本元素(即C、H、N、O、P和S)的存在，但過去幾年收集的越來越多的證據支持這樣的觀點，即細胞吸收並(在某種程度上)代謝過量的非典型化學元素。這種情況對於微生物和植物來說尤其如此，它們對環境的生長表現出相當大的依賴，需要適應它們的化學環境(即環境生態位)才能生存。元素，分子，和被認定的吸收路線將在下一節討論;表1概述了在生物學中最常見的非典型原子及其在生物技術應用中的潛力。
非生物的化學元素跨膜轉運
將非典型元素轉運到細胞質中是微生物細胞(以及代謝工程師)在被代謝同化之前必須克服的第一個障礙。膜轉運可以通過幾種機制來完成，這取決於所討論元素的類型和化學狀態(例如，它是被氧化還是被還原)。例如，已知有三種攝取B的方式(即被動吸收和促進擴散，以及主動轉運;參見「砷、硒和硼作為代表的類金屬和非金屬元素」一節)。由於氟化物和其他鹵素在水溶液中的負電荷性質，它們可以被主動轉運(這也為同源陰離子作為親核試劑的化學活化設置了障礙，因為它們高度水化)。在這裡，轉運子（transporter）的特異性主要由化學元素的電荷決定，離子半徑的影響相對較小，一般趨勢是半徑越大，轉運子的選擇性越強。
另一種吸收非典型元素的機制可以通過含鐵細胞分泌產生，這是微生物細胞捕獲金屬的一種相關策略。在這種情況下，細胞分泌小分子來結合和螯合金屬，根據含鐵細胞的不同具有不同的特異性;例子包括結構不同的兒茶酚酸鹽、羥酸鹽和羧酸鹽家族的成員。這種螯合過程增加了金屬離子的溶解度，中和了它的電荷，並允許有效地吸收在某些自然環境中通常稀缺的元素。一般來說，非生物元素進入微生物細胞的運輸還沒有被詳細描述過，但似乎相應的攝取機制是通過底物混雜與它們的生物對應物是否一致。在這裡，我們關注的是非典型元素一旦進入細胞質後的命運。
甲基化是非生物類金屬和金屬解毒的常用策略
生物體將非生物元素納入有機化合物並在其代謝網絡中同化的一個簡單方式是通過甲基的連接實現，這是一種廣泛的、非特異性的活性化學物質解毒策略。這種生化機制似乎與主要屬於過渡金屬和類金屬基團的元素特別相關，因為代謝物生物合成的直接甲基化已被證明，例如，非放射性鹵素元素。甲基化之所以成為一種普遍的解毒策略，是因為甲基化物質的活性往往遠低於原始化合物(或離子)。因此，與親本化學物質相比，甲基激活的分子對細胞的代謝負擔更輕。金屬和類金屬元素的情況就是如此，包括砷(As)、鉻(Cr)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鈷(Co)和鉛(Pb)，已知這些物質的元素形式對活細胞具有相當大的毒性。
這些重金屬和類金屬元素傾向於與蛋白質、脂質和小代謝物結合，從而導致中樞碳代謝和能量穩態失衡並直接干擾酶的功能和DNA修飾機制。例如，這些活性元素對巰基(-SH)基團的優先靶向作用會影響蛋白質摺疊和細胞的整體氧化還原狀態，同時產生破壞性活性氧，甲基化已被證明可以抵消其中一些有害影響。甲基化並不是細胞解毒化學元素的唯一方式，還有幾種氧化還原酶也執行類似的任務。然而，這些氧化還原依賴的解毒機制(對於給定的化學物質Y)並不包括C-Y鍵的形成。
甲基化依賴機制為生物合成和生物降解提供了建立合成代謝途徑的可能性。例如，細菌、藻類、真菌、植物和哺乳動物很容易接受甲基化的有機砷，如單甲基胂酸[MMA, CH3AsO(OH)2]和二甲基胂酸[DMA，(CH3)2AsO2H]，這兩種化學物質被認為比無機亞砷酸(AsO3−)毒性小。最近關於As代謝的研究建立了MMA和DMA的毒性譜，表明含As化學物質對生物過程的影響是有層次的。擴展芳基基團可能是一種有趣的方法，不僅可以用於解毒As，還可以將類金屬分子轉化為新的有機化合物。As(V)鹽具有相似的毒性，但其命運與亞砷酸鹽不同:砷酸鹽(AsO 3−)可直接通過Embden-Meyerhof-Parnas糖酵解加工，生成1-砷-3-磷酸甘油酸。
1-砷-3-磷酸甘油酸
雖然這種分子被認為在水環境(例如，細胞細胞質)中相對不穩定，但這種轉化可以作為As靶點融入生物化學的切入點，前提是這種合成代謝中的其他反應可以維持C-As鍵。這些機制提供了一種新方法，從污染環境中轉化As元素為有機砷化合物(其中一些可用於特定應用，如藥物)。此外，由於地下水污染的風險，使用含砷農藥一直存在很大爭議。在這種情況下，可以利用合成代謝從受污染的水中吸收含As物質，將類金屬物質以有機形式固定在工程微生物中，以實現清潔和修複目的。