增殖和进化的能力是生物的决定性特征之一。然而，目前还没有制造出具有这些特性的人造材料。为了开发能够复制和进化的人工分子系统，DNA编码的信息(基因)必须被翻译成RNA，蛋白质必须被表达，这些蛋白质的DNA复制周期必须在系统中持续很长一段时间。到目前为止，还不可能创造出一种反应系统，在这种反应系统中，DNA复制所必需的基因得以表达，同时这些基因也在执行它们的功能。

该团队成功地将这些基因翻译成蛋白质，并使用一个带有DNA复制所必需的两个基因(人工基因组DNA)的环状DNA和一个无细胞转录-翻译系统，用翻译后的蛋白质复制了原始的环状DNA。此外，他们还通过持续60天左右的DNA复制周期，成功地将DNA进化成复制效率提高10倍的DNA。

通过将转录和翻译所需的基因添加到该小组开发的人工基因组DNA中，未来有可能开发出只需喂食氨基酸和核苷酸等低分子化合物就能自主生长的人工细胞。如果这种人造细胞能够被创造出来，我们可以预期，目前利用生物生产的有用物质(如药物开发和食品生产的物质)将变得更加稳定和更容易控制。

本研究由JST战略基础研究计划CREST(团队型)下“大规模基因组合成与细胞编程”研究领域“自我再生人工基因组复制转录翻译系统的开发”项目研究主任Norikazu Ichihashi教授领导。在这个研究领域，JST旨在阐明与基因组的结构和功能有关的基本原则，以创建一个使用细胞的平台技术。

*无细胞转录和翻译系统：

一种反应溶液，包含从DNA中编码的基因转录并翻译成细胞外蛋白质所需的所有因素。本研究使用了重组的pURE系统(Shimizu et al. Nat Biotechnol. 2001)，完全由纯化的已知蛋白质和RNA组成。因此，系统中没有未知元素。这个系统是由日本理化学研究所前沿生物科学中心的Yoshihiro Shimizu和他在东京大学Takuya Ueda实验室的同事开发的。

Hiroki Okauchi, Norikazu Ichihashi. Continuous Cell-Free Replication and Evolution of Artificial Genomic DNA in a Compartmentalized Gene Expression System. ACS Synthetic Biology, 2021