定向演化(Directed Evolution)是一個讓合成生物學家著迷的技術，這個概念在2018年榮獲諾貝爾獎，實驗內容是使用嗜菌體表達無數種枯草桿菌蛋白酶變體，再以有機溶劑篩選，挑出適者生存的變體，再次變異及表達，經過多輪的汰選後，產生能夠在有機溶劑中保持活性的枯草桿菌蛋白酶。如今這個技術也以不同的方式，成功在無細胞系統中執行。
無細胞蛋白合成(Cell Free Protein Synthesis; CFPS)是非常吸引人的技術，能夠在短時間內生產所需要的蛋白，從細胞裂解液製備到進行CFPS反應生產實驗室規模1mg蛋白只需要不到一周的時間，而且細胞裂解液可以提前製備好，當需要生產蛋白時再組成CFPS反應，只需要一天就可以生產出需要的蛋白。不過要將提高產量到工業規模並且可以被廣泛應用，則需要注重批次生產的一致性，也就是針對生產過程的關鍵影響步驟進行品質管控。
無細胞蛋白質合成系統(Cell-Free Protein Synthesis System)，又被稱為轉錄-轉譯系統(TX-TL System)，最早是利用細胞裂解液為基底，再加入DNA模板、能量系統、tRNA、胺基酸及鹽類，在試管內完成轉錄及轉譯反應合成蛋白，這種方式只要先把細胞放大後，提前製備成為細胞裂解液保存於冰箱，就可以隨時拿出來合成蛋白。缺點是每批次的細胞裂解液成分略有不同，導致蛋白質合成效率不一致，而且細胞裂解液屬於複雜的混合物，難以對成分進行調整優化。因此科學家提出了以明確成分進行無細胞蛋白質合成的系統，稱為PURE system (Protein synthesis Using Recombinant Element)。
過去生技產業生產蛋白質的方式是提供外源性DNA模板到細菌或是哺乳類細胞中，借用細胞內的蛋白質合成系統來生產蛋白。不過細胞也不是笨蛋，不會一股腦地為別人生產蛋白，細胞還是得製造自己生存需要的蛋白，因此很難再提高蛋白質生產的上限。除此之外，細胞對於生產的蛋白也有偏好，具有細胞毒殺性的蛋白產量就會非常的低。
要不我們不要細胞了?