無細胞タンパク質合成系
1964年に最初に報告された系である。本系は哺乳類細胞由来の系であるため、真核生物由来タンパク質の翻訳後修飾に関する研究などに用いられる。一方で本系によるタンパク質合成量は低いことから、タンパク質調製手段として用いられることはほとんどない。
無細胞タンパク質合成系はリボソーム、tRNA、アミノアシル化tRNA合成酵素、翻訳開始因子、翻訳伸長因子、翻訳終結因子などの翻訳成分を含む無細胞抽出液に対して、アミノ酸、ATPやGTPなどエネルギー分子、エネルギー再生系、マグネシウムイオンなど塩類、DNAあるいはmRNAなどのテンプレートを添加して蛋白質を試験管内で合成する手法である。もともとはタンパク質合成の方法ではなく翻訳機構解析のための実験系として開発された。1954年にZamecnikらがラット肝臓を用いた無細胞タンパク合成系を確立し、これによってtRNAの存在が明らかになった。また1961年にNirenbergらが大腸菌由来の無細胞抽出液を用いた系を開発し、遺伝コードの解明がなされた。
無細胞タンパク質合成系をタンパク質生産手法としての可能性を示したのはロシアのSpirinらである。彼らは1988年にContinuous Flow Cell-Free(CFCF) translation systemを開発した。
DNAはPCRによって容易に複製することが可能となった。しかしタンパク質の場合、2006年の時点においてタンパク質を複製する技術は見つかっていない。このためタンパク質合成を行う場合、DNAからmRNAに転写し転写産物を翻訳するという一連の流れを大腸菌等の細胞を用い人為的に行うことで、タンパク質合成を行うという手法がある(細胞利用のタンパク質合成系)。
ただし、細胞を用いる方法ではいくつかの問題点が挙げられる。たとえば、合成に手間がかかる、合成可能なタンパク質が制限される、合成によって得られるタンパク質の量が少ない、合成に必要とする時間及びコスト等が非効率的、バイオハザードの危険が存在するといった点が挙げられることがある。また生命倫理の問題も存在している。
2013年5月、理化学研究所は、終止コドンを除いた環状mRNAを用いて無細胞タンパク質合成を行い、通常の直鎖状mRNAを用いた場合と比べて単位時間当たり200倍の反応効率を得ることに成功したと発表した。