合成生物学领域不仅观察和描述生命过程，而且模仿它们。生命的一个关键特征是复制能力，这意味着化学系统的维持。马克斯·普朗克生物化学研究所(Martinsed)的科学家们创造了一个系统，它能够再生自己的DNA和蛋白质构建块的一部分。
在合成生物学领域，研究人员研究所谓的“自下而上”过程，这意味着从无生命的积木中产生模拟生命的系统。所有生物最基本的特征之一是保存和复制自己的独特实体的能力。然而，人工的“自下而上”的方法来创建一个能够自我复制的系统，是一个巨大的实验挑战。科学家们第一次成功地克服了这一障碍，并合成了这样一个系统。
Max Planck生物化学研究所的研究小组“仿生系统”的负责人Hannes Mutschler和他的团队致力于用“自下而上”的方法来模仿基因组和蛋白质合成的复制。这两种过程对于生物系统的自我保存和繁殖是至关重要的。研究人员现在成功地制造了一个体外系统，在这个系统中，这两个过程可以同时进行。“我们的系统能够再生其分子成分的很大一部分，”Mutschler解释说。
为了开始这一过程，研究人员需要一本建筑手册以及各种分子“机器”和营养物质。翻译成生物学术语，这意味着构建手册是DNA，它包含了生产蛋白质的信息。蛋白质通常被称为“分子机器”，因为它们经常充当催化剂，加速生物体的生化反应。DNA的基本组成部分是所谓的核苷酸。蛋白质是由氨基酸组成的。
施工手册的模块化结构
具体来说，研究人员优化了一个基于DNA蓝图合成蛋白质的体外表达系统。由于一些改进，体外表达系统现在能够非常有效地合成蛋白质，称为DNA聚合酶。这些DNA聚合酶然后用核苷酸复制DNA。这项研究的第一作者凯·利比彻解释说：“与以前的研究不同，我们的系统能够读取和复制相对较长的DNA基因组。
科学家们组装了多达十一个环状DNA片段的人工基因组。这种模块化结构使它们能够很容易地插入或删除某些DNA片段。研究人员复制的最大的模块化基因组由116，000对碱基对组成，达到了非常简单的细胞的基因组长度。
蛋白质再生
除了编码对DNA复制很重要的聚合酶外，人工基因组还包含进一步蛋白质的蓝图，例如来自大肠杆菌的30个翻译因子。翻译因子对于DNA蓝图转化为相应的蛋白质是非常重要的。因此，它们对于模仿生化过程的自我复制系统是必不可少的.为了证明新的体外表达系统不仅能够复制DNA，而且能够产生自身的翻译因子，研究人员采用质谱技术。用这种分析方法，他们确定了系统产生的蛋白质的数量。
令人惊讶的是，有些翻译因素在反应后甚至比之前更多地存在。据研究人员称，这是朝着模仿生物过程的连续自我复制系统迈出的重要一步。
在未来，科学家们希望通过增加DNA片段来扩展人工基因组。在与研究网络MaxSynBio的同事合作下，他们希望生产一种能够通过添加营养物质和处理废物来保持活力的包封系统。例如，这样一个极小的细胞就可以被用作生物技术中一种为天然物质量身定做的生产机器，或者作为建立更复杂的类似生命系统的平台。
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