無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì),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(shí)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(yàn)證。此外,該技術(shù)可高效表達(dá)傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白(如某些抗ai藥物靶點(diǎn))或易降解蛋白(如細(xì)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(kāi)發(fā)提供準(zhǔn)確修飾平臺(tái)。相比哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)(通常需要1-2周),CFPS可在24小時(shí)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。無(wú)細(xì)胞體系的開(kāi)放性??允許直接添加非天然氨基酸,擴(kuò)展了??體外表達(dá)蛋白??的化學(xué)多樣性。大腸桿菌外源蛋白表達(dá)行業(yè)動(dòng)態(tài)
當(dāng)研究凋亡相關(guān)蛋白(如 caspase-3)或細(xì)菌du su(如白喉du su A 鏈)時(shí),傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)常因蛋白毒性導(dǎo)致宿主死亡。體外蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)無(wú)細(xì)胞環(huán)境規(guī)避了這一限制:在兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中添加目標(biāo)基因 mRNA,4 小時(shí)內(nèi)即可獲得功能性毒性蛋白,且產(chǎn)率高達(dá) 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團(tuán)隊(duì)利用此技術(shù)成功表達(dá)出全長(zhǎng) 63 kDa 的 Bax 蛋白,并證實(shí)其在線粒體膜穿孔中的構(gòu)象變化。該方案不只避免了細(xì)胞毒性問(wèn)題,還通過(guò) 實(shí)時(shí)熒光監(jiān)測(cè)(如 FITC 標(biāo)記)量化了蛋白折疊效率,為靶向凋亡通路的抗cancer藥物篩選提供了新工具。植物蛋白表達(dá)載體體外蛋白表達(dá)技術(shù)正在改寫(xiě)蛋白質(zhì)研究的??時(shí)空規(guī)則??。
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(shì)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(kāi)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(duì)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(wú)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(jí),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(cè)試多突變體的場(chǎng)景中具明顯優(yōu)勢(shì)。
無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)(CFPS)的雛形可追溯至20世紀(jì)50年代。1958年,Zamecnik頭次證明細(xì)胞裂解物中的翻譯機(jī)器可在體外合成蛋白質(zhì),為技術(shù)奠定基礎(chǔ)。1961年,Nirenberg和Matthaei利用大腸桿菌裂解物破譯遺傳密碼子,推動(dòng)了分子生物學(xué)的發(fā)展。然而,早期技術(shù)因表達(dá)量低、穩(wěn)定性差,長(zhǎng)期局限于實(shí)驗(yàn)室研究,主要用于密碼子解析和翻譯機(jī)制探索,未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。近十年,無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)技術(shù)加速向醫(yī)療、合成生物學(xué)等領(lǐng)域滲透。例如,在COVID-19期間,該技術(shù)被用于快速生產(chǎn)疫苗抗原和抗體。同時(shí),AI算法的引入實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)條件智能預(yù)測(cè),進(jìn)一步優(yōu)化表達(dá)效率。中國(guó)企業(yè)如蘇州珀羅汀生物通過(guò)自主研發(fā)試劑盒,推動(dòng)國(guó)產(chǎn)化替代。未來(lái),無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)或與代謝工程、微流控技術(shù)結(jié)合,成為生物制造和準(zhǔn)確醫(yī)療的he xin工具。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)。
體外蛋白表達(dá)已成為生物學(xué)教學(xué)的高效工具。高中生使用 “GFP 熒光蛋白表達(dá)試劑盒”(含凍干裂解物和 pET-28a-GFP 質(zhì)粒),加水混合后在 37℃ 培養(yǎng)箱放置 2 小時(shí),紫外燈下即可觀察到綠色熒光,直觀演示“基因→蛋白→功能”的中心法則。美國(guó) Bio-Rad 公司推出的教育套件年銷(xiāo)量超 10 萬(wàn)套,實(shí)驗(yàn)成功率 >95%。在合成生物學(xué)領(lǐng)域,該技術(shù)助力學(xué)生設(shè)計(jì) 人工生物回路:如將乳糖操縱子序列與紅色熒光蛋白基因融合,添加 IPTG 后 3 小時(shí)啟動(dòng)表達(dá),通過(guò)熒光強(qiáng)度量化啟動(dòng)子活性。這種 “當(dāng)日設(shè)計(jì),當(dāng)日驗(yàn)證” 的模式,極大加速了生命科學(xué)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)進(jìn)程。添加 0.1% Triton X-100 使疏水蛋白的體外表達(dá)可溶率達(dá)90%??。昆蟲(chóng)蛋白表達(dá)檢測(cè)
體外蛋白表達(dá)憑借其速度與靈活性的雙重優(yōu)勢(shì),在基礎(chǔ)研究、藥物開(kāi)發(fā)和即時(shí)診斷領(lǐng)域持續(xù)釋放價(jià)值。大腸桿菌外源蛋白表達(dá)行業(yè)動(dòng)態(tài)
體外蛋白表達(dá)(InVitroProteinExpression)是指在無(wú)完整活細(xì)胞的環(huán)境下(如試管、微孔板或芯片),利用生物提取物中的核糖體、tRNA、酶及能量系統(tǒng),直接將遺傳信息轉(zhuǎn)化為功能蛋白質(zhì)的技術(shù)。與傳統(tǒng)細(xì)胞依賴的系統(tǒng)不同,該技術(shù)完全避開(kāi)了細(xì)胞膜屏障和基因復(fù)制過(guò)程,只通過(guò)添加目標(biāo)DNA/RNA模板及底物(氨基酸、ATP)即可啟動(dòng)蛋白表達(dá)。這一過(guò)程通常可在1-4小時(shí)內(nèi)完成,其速度優(yōu)勢(shì)大幅加速了蛋白質(zhì)研究進(jìn)程。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于重構(gòu)翻譯機(jī)器,例如提取大腸桿菌裂解物中的核糖體,或利用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中的真核翻譯因子,以實(shí)現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達(dá)。大腸桿菌外源蛋白表達(dá)行業(yè)動(dòng)態(tài)