高通量蛋白表達(dá)常見問題

來源: 發(fā)布時(shí)間:2025-07-11

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)(CFPS)的操作確實(shí)比傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)更繁瑣,主要體現(xiàn)在多步驟的體系配置上。實(shí)驗(yàn)者需要精確配制包含裂解物、能量混合物(ATP/GTP)、氨基酸、輔因子(Mg2?、K?)和DNA/mRNA模板的復(fù)雜反應(yīng)體系,且各組分濃度需嚴(yán)格優(yōu)化(如Mg2?濃度波動(dòng)1 mM就可能導(dǎo)致表達(dá)失?。?。此外,裂解物制備本身涉及細(xì)胞培養(yǎng)、破碎、離心透析等步驟,若直接購買商業(yè)化裂解物(如RTS 100),單次成本可能高達(dá)數(shù)百元。對于新手而言,反應(yīng)條件的微調(diào)(pH、溫度、氧化還原環(huán)境)往往需要多次試錯(cuò),增加了實(shí)驗(yàn)難度。大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產(chǎn)量,但缺乏糖基化修飾能力。高通量蛋白表達(dá)常見問題

高通量蛋白表達(dá)常見問題,蛋白表達(dá)

在中國,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)(CFPS)的推廣面臨he xin原料依賴進(jìn)口的挑戰(zhàn)。商業(yè)化裂解物、高效能量再生系統(tǒng)等關(guān)鍵試劑仍以Thermo Fisher、Merck等國際品牌為主,國產(chǎn)替代品在活性和穩(wěn)定性上存在差距,導(dǎo)致成本居高不下。此外,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)工藝的規(guī)?;糯蠹夹g(shù)尚未成熟,反應(yīng)體系均一性、產(chǎn)物收率等問題限制了其在GMP生產(chǎn)中的應(yīng)用。盡管國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)(如中科院、清華大學(xué))在基礎(chǔ)研究上取得突破,但產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化效率較低,缺乏類似Synthelis的專注無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的本土企業(yè),難以形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。iptg誘導(dǎo)蛋白表達(dá)系統(tǒng)大腸桿菌裂解物添加含T7啟動(dòng)子的線性DNA后,利用其??高密度核糖體??快速啟動(dòng)蛋白表達(dá)。

高通量蛋白表達(dá)常見問題,蛋白表達(dá)

20世紀(jì)90年代后,隨著分子生物學(xué)和合成生物學(xué)的進(jìn)步,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)技術(shù)迎來突破。研究者通過優(yōu)化裂解物制備(如敲除大腸桿菌核酸酶)、開發(fā)能量再生系統(tǒng)(如Phosphoenolpyruvic acid,PEP循環(huán)),明顯提升蛋白產(chǎn)量和反應(yīng)時(shí)長。2000年代初,連續(xù)交換式反應(yīng)體系(CECF)的出現(xiàn)解決了底物耗盡問題,使反應(yīng)時(shí)間延長至24小時(shí)以上,產(chǎn)量達(dá)毫克級,為工業(yè)化鋪平道路。此階段,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)開始應(yīng)用于毒性蛋白合成和抗體片段生產(chǎn),但成本仍較高。

相較于傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng),體外蛋白表達(dá)的he xin優(yōu)勢在于:時(shí)間效率ge min性提升: 省略細(xì)胞培養(yǎng)與基因整合步驟,目標(biāo)蛋白可在2-8小時(shí)內(nèi)合成;開放體系可編程性: 直接添加非天然氨基酸、同位素標(biāo)記底物或熒光基團(tuán),實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)的準(zhǔn)確調(diào)控;毒性蛋白表達(dá)可行性: 無細(xì)胞環(huán)境避免毒性蛋白導(dǎo)致的宿主死亡,為凋亡因子等特殊分子研究提供可能;微型化兼容性: 反應(yīng)體積可縮小至納升級,適配高通量篩選需求。這些特性使體外蛋白表達(dá)成為 功能蛋白快速驗(yàn)證的推薦平臺(tái),尤其在需平行測試多突變體的場景中具明顯優(yōu)勢。大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產(chǎn)量,限制造就完整功能的真核蛋白表達(dá)。

高通量蛋白表達(dá)常見問題,蛋白表達(dá)

相較于原核表達(dá)體系,真核體外蛋白表達(dá)的he xin優(yōu)勢在于具備部分翻譯后修飾能力,但 關(guān)鍵修飾途徑仍存在明顯局限。在缺乏內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的情況下,糖基化修飾通常終止于高甘露糖型(Man?GlcNAc?)階段,無法合成復(fù)雜雙觸角唾液酸化糖鏈。這一缺陷直接影響zhi liao性抗體的抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性(ADCC)效應(yīng)。同時(shí),裂解物中二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)與分子伴侶(如BiP)的活性不足,導(dǎo)致含多對二硫鍵的蛋白錯(cuò)誤折疊率升高40%-60%。為克服此瓶頸,需在裂解物中外源性添加重組糖基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體(如GnT-I/GnT-II/FUT8)以重構(gòu)修飾途徑,并通過優(yōu)化氧化還原電勢(Eh=-230 mV至-280 mV)改善二硫鍵形成效率。體外蛋白表達(dá)的這些修飾缺陷是目前制約其應(yīng)用于功能性糖蛋白生產(chǎn)的主要因素。通過體外蛋白表達(dá),只需在裂解物中添加對應(yīng)mRNA,就能在裂解物中安全實(shí)現(xiàn)dusu合成及機(jī)制研究。分泌蛋白表達(dá)異常

??scFv 抗體片段的體外蛋白表達(dá)??在4小時(shí)內(nèi)完成,較傳統(tǒng)CHO 細(xì)胞系統(tǒng)提速 10 倍。高通量蛋白表達(dá)常見問題

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的hexin在于重構(gòu)細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中的核糖體翻譯機(jī)器。該過程起始于mRNA5'端與核糖體小亞基的結(jié)合,由起始因子(如原核IF1/2/3或真核eIF4F復(fù)合物)介導(dǎo)形成翻譯起始復(fù)合物。肽鏈延伸階段依賴延伸因子EF-Tu準(zhǔn)確運(yùn)送氨酰tRNA至A位點(diǎn),并通過其GTP水解活性確保密碼子-反密碼子配對的保真度。體外蛋白表達(dá)的高效率源于反應(yīng)底物濃度的可調(diào)控性—在去除了細(xì)胞膜屏障的無細(xì)胞環(huán)境中,ATP濃度可提升至生理水平的5-8倍(4-6mM),使核糖體延伸速率高達(dá)21個(gè)氨基酸/秒。同時(shí),磷酸肌酸(PCr)-肌酸激酶(CK)組成的能量再生系統(tǒng)持續(xù)將ADP還原為ATP,維持反應(yīng)體系48小時(shí)以上的持續(xù)活性,大幅提升了目標(biāo)產(chǎn)物的積累效率。高通量蛋白表達(dá)常見問題