體外蛋白表達系統(tǒng)的本質(zhì)是利用 純化的細胞裂解物(含核糖體、tRNA、翻譯因子及能量再生組分)重構(gòu)蛋白質(zhì)合成機器。在ATP/GTP供能條件下,核糖體通過mRNA模板介導的密碼子-反密碼子配對,驅(qū)動氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過程的關(guān)鍵調(diào)控點包括:翻譯起始效率(受5'UTR二級結(jié)構(gòu)及Shine-Dalgarno序列影響)、延伸速率(依賴EF-Tu/G因子濃度)和終止準確性(釋放因子RF1/2活性)。體外蛋白表達的高效性源于其 去除了細胞膜屏障,使反應底物濃度可人為提升至生理水平的10-100倍,大幅加速肽鏈合成動力學。使用T7 RNA聚合酶合成加帽mRNA,可提升??真核體外蛋白表達??效率。AI合成蛋白表達陰性
無細胞蛋白表達技術(shù)(CFPS)雖然具有快速、靈活等優(yōu)勢,但仍存在一些關(guān)鍵缺點。首先,成本較高,商業(yè)化裂解物、能量試劑和酶的價格昂貴,小規(guī)模實驗單次反應成本可達數(shù)百元,大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟性尚未完全解決。其次,蛋白產(chǎn)量較低,反應通常在幾小時內(nèi)終止,產(chǎn)量(0.1-1 mg/mL)遠低于細胞表達系統(tǒng)(如大腸桿菌可達10 mg/mL以上)。此外,復雜蛋白表達受限,原核裂解物缺乏真核翻譯后修飾能力(如糖基化),而真核裂解物成本更高;部分蛋白可能因折疊不完全而喪失活性。技術(shù)操作上,反應條件(pH、離子強度等)需精細調(diào)控,且線性DNA模板易降解,增加了實驗難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應用,在超長蛋白(>100 kDa)表達和工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來需通過開發(fā)低成本試劑、優(yōu)化能量再生系統(tǒng)和自動化工藝來突破這些瓶頸。大腸桿菌重組蛋白表達實驗流程小麥胚芽裂解物??則憑借??低核酸酶活性??成為長期反應(>24小時)的理想選擇。
相較于傳統(tǒng)細胞表達系統(tǒng),體外蛋白表達的he xin優(yōu)勢在于:時間效率ge min性提升: 省略細胞培養(yǎng)與基因整合步驟,目標蛋白可在2-8小時內(nèi)合成;開放體系可編程性: 直接添加非天然氨基酸、同位素標記底物或熒光基團,實現(xiàn)對產(chǎn)物化學性質(zhì)的準確調(diào)控;毒性蛋白表達可行性: 無細胞環(huán)境避免毒性蛋白導致的宿主死亡,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成為 功能蛋白快速驗證的推薦平臺,尤其在需平行測試多突變體的場景中具明顯優(yōu)勢。
無細胞蛋白表達技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢,尤其適用于快速生產(chǎn)zhi liao性蛋白、抗體和疫苗抗原。例如,在COVID-19期間,研究人員利用CFPS在幾小時內(nèi)合成COVID-19刺突蛋白的RBD結(jié)構(gòu)域,大幅加速了疫苗候選分子的篩選和驗證。此外,該技術(shù)可高效表達傳統(tǒng)細胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白(如某些抗ai藥物靶點)或易降解蛋白(如細胞因子),并支持非天然氨基酸插入,為抗體藥物偶聯(lián)物(ADCs)的開發(fā)提供準確修飾平臺。相比哺乳動物細胞培養(yǎng)(通常需要1-2周),CFPS可在24小時內(nèi)完成從基因到蛋白的全流程,明顯縮短藥物發(fā)現(xiàn)周期。CHO細胞重組蛋白表達??是生產(chǎn)抗體的常用技術(shù)。
體外蛋白表達正在推動 無細胞合成生物學 的范式革新:人工代謝通路重構(gòu): 在裂解物中整合多酶級聯(lián)反應,利用底物通道效應實現(xiàn)小分子化合物的高轉(zhuǎn)化率合成;基因振蕩器開發(fā): 通過T7 RNA聚合酶的自調(diào)控表達構(gòu)建分子鐘,模擬細胞周期節(jié)律;仿生細胞構(gòu)建: 將蛋白表達系統(tǒng)封裝于脂質(zhì)體內(nèi),結(jié)合ATP再生模塊(如bing tong酸激酶系統(tǒng))創(chuàng)建可自我維持的人工細胞雛形。這種 “設(shè)計-構(gòu)建-測試”閉環(huán) 明顯加速了生物系統(tǒng)的理性設(shè)計進程。nuclera 高通量微流控蛋白表達篩選系統(tǒng)可助力體外蛋白表達,如想了解更多信息,歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物!體外蛋白表達技術(shù)正在改寫蛋白質(zhì)研究的??時空規(guī)則??。昆蟲蛋白表達優(yōu)化
預混 1× 蛋白酶抑制劑可防止 ??新合成體外表達蛋白?? 被裂解物內(nèi)源酶降解。AI合成蛋白表達陰性
無細胞蛋白表達技術(shù)CFPS的開放體系特性使其對實驗環(huán)境極為敏感。裂解物中的酶活性會隨凍融次數(shù)下降,需分裝保存并避免反復凍融;反應中核酸酶殘留可能導致模板降解,常需額外添加抑制劑(如RNasin)。此外,不同批次的裂解物活性可能存在差異,導致實驗結(jié)果難以重復。例如,某研究組發(fā)現(xiàn)同一模板在連續(xù)三次實驗中蛋白產(chǎn)量波動達30%,后來通過標準化裂解物制備流程(如固定細胞生長OD值)才解決該問題。這些細節(jié)要求使得CFPS的操作容錯率較低。AI合成蛋白表達陰性