地球上の生物は基本的に20種類のアミノ酸だけを素材にタンパク質を合成し、生命活動を維持しています。しかし、地球上には何百種類ものアミノ酸が存在するし、人工のものを入れればその種類は事実上無限大です (これらを「非天然アミノ酸」と呼びましょう )。横川研究室では、これらの「非天然アミノ酸」を取り込んだタンパク質（超タンパク質）を合成する研究をしています。遺伝子工学やタンパク質工学などの手法を用いてこのような超タンパク質を合成し、これまでにない新しい機能を持ったタンパク質を創成することを試みています。

　また、生命の遺伝情報の流れの中核をなす RNA の研究もしています。分子整形術を用いて人工機能 RNAを合成したり、分子進化工学の手法によって新しい機能を持ったRNAをつくりだし、生命現象を分子レベルで解析しています。我々の研究室では、構成員それぞれが、たとえ小さなことでも世界に通用する独自の「技」を持った集団になることを目指しています。