從裂解物來源看,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)主要分為原核系統(tǒng)和真核系統(tǒng)。原核系統(tǒng)以大腸桿菌S30提取物為主,成本低、耐受性強(qiáng),適合表達(dá)簡(jiǎn)單蛋白或引入非天然氨基酸,但缺乏復(fù)雜翻譯后修飾能力。真核系統(tǒng)包括兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物(RRL)和麥胚提取物(WGE),前者適合哺乳動(dòng)物蛋白的高效表達(dá),后者對(duì)植物和病毒蛋白更優(yōu),且能處理長(zhǎng)鏈RNA,但成本較高。此外,昆蟲細(xì)胞提取物系統(tǒng)近年也用于復(fù)雜蛋白的修飾研究。英國(guó)nuclera 高通量微流控蛋白表達(dá)篩選系統(tǒng)可助力支持無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù),如想了解更多信息,歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物!通過灌流式反應(yīng)器將CHO細(xì)胞體外蛋白表達(dá)??周期縮短至72小時(shí),單批次產(chǎn)量突破5g/L。融合蛋白表達(dá)protocol
無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的模板可以是線性DNA(如PCR產(chǎn)物)或環(huán)狀質(zhì)粒,需包含啟動(dòng)子(如T7/T3/SP6)和核糖體結(jié)合位點(diǎn)(RBS)以啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄翻譯。為提升效率,系統(tǒng)可能添加分子伴侶(如DnaK/GroEL)輔助蛋白折疊,或氧化還原劑(如谷胱甘肽)促進(jìn)二硫鍵形成。部分高級(jí)系統(tǒng)(如PURE體系)使用純化重組元件替代粗提物,實(shí)現(xiàn)更高可控性,但成本較高。無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可靈活引入非天然氨基酸(nnAA),擴(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性。例如,通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確將熒光標(biāo)記或交聯(lián)基團(tuán)嵌入目標(biāo)蛋白,用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)或藥物偶聯(lián)開發(fā)。更前沿的應(yīng)用是人工生命體系的構(gòu)建,如利用無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)合成噬菌體或人工細(xì)胞雛形,結(jié)合微流控技術(shù)模擬細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò),為合成生物學(xué)研究提供可控的簡(jiǎn)化模型。多次跨膜蛋白表達(dá)行業(yè)動(dòng)態(tài)體外蛋白表達(dá)技術(shù)使??致死性靶點(diǎn)研究成為可能??,為新藥開發(fā)提供關(guān)鍵依據(jù)。
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(shì)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(duì)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(shì)(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。
無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在快速響應(yīng)公共衛(wèi)生事件和jun shi應(yīng)用中表現(xiàn)突出。例如,在COVID-19期間,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)被用于數(shù)小時(shí)內(nèi)合成病毒抗原,加速疫苗候選物篩選。美國(guó)DARPA支持的“生物制造”項(xiàng)目利用凍干無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)試劑,在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中按需生產(chǎn)止血蛋白或抗體,實(shí)現(xiàn)便攜式、無需冷鏈的即時(shí)生物制造。這類場(chǎng)景凸顯了無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在時(shí)效性和環(huán)境適應(yīng)性上的不可替代性。根據(jù)應(yīng)用需求,無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可整合非天然氨基酸(通過修飾tRNA)、脂質(zhì)體(用于膜蛋白表達(dá))或翻譯后修飾酶(如糖基化酶)。在冰上預(yù)混裂解物與能量混合物,是保證??體外蛋白表達(dá)??重復(fù)性的關(guān)鍵步驟。
無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些技術(shù)短板。由于反應(yīng)體系缺乏活細(xì)胞的代謝調(diào)控機(jī)制,能量供應(yīng)和原料再生效率較低,導(dǎo)致反應(yīng)持續(xù)時(shí)間較短(通常只維持4-6小時(shí)),限制了蛋白產(chǎn)量的進(jìn)一步提升。同時(shí),該技術(shù)對(duì)反應(yīng)環(huán)境高度敏感,溫度波動(dòng)、氧化應(yīng)激或污染物都可能影響蛋白合成效率,這對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的穩(wěn)定性提出了更高要求。此外,雖然CFPS能表達(dá)傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白,但對(duì)于需要復(fù)雜折疊或多亞基組裝的蛋白(如某些膜蛋白或超大分子復(fù)合物),其成功率仍然有限。把細(xì)胞的“蛋白生產(chǎn)工具”倒進(jìn)試管,加點(diǎn)基因“設(shè)計(jì)圖”和原料,幾小時(shí)就能??進(jìn)行蛋白表達(dá)。his蛋白表達(dá)注意事項(xiàng)
當(dāng)體外蛋白表達(dá)效率不足時(shí),需檢測(cè)模板完整性并優(yōu)化啟動(dòng)子強(qiáng)度。融合蛋白表達(dá)protocol
在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,體外蛋白表達(dá)技術(shù)主要服務(wù)于三大方向:診斷試劑開發(fā): 通過凍干裂解物與靶標(biāo)基因預(yù)裝系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)傳染xing bing原體抗原的現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)合成與檢測(cè);蛋白質(zhì)工程優(yōu)化: 構(gòu)建突變體文庫并并行表達(dá)篩選,快速獲得熱穩(wěn)定性/催化效率提升的酶變體;藥物靶點(diǎn)驗(yàn)證: 表達(dá)跨膜受體等復(fù)雜蛋白,用于配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)及抑制劑高通量篩選;合成生物學(xué)元件構(gòu)建: 作為人工合成細(xì)胞的he xin模塊,驅(qū)動(dòng)無細(xì)胞基因回路實(shí)現(xiàn)自我維持的蛋白表達(dá)。該技術(shù)明顯加速了從基因序列到功能蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)化周期。融合蛋白表達(dá)protocol