無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)(CFPS)在毒性蛋白和膜蛋白的合成中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以表達(dá)具有細(xì)胞毒性的蛋白(如溶菌酶、限制性內(nèi)切酶),而無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)體外開放環(huán)境規(guī)避了宿主細(xì)胞存活限制,可高效合成活性毒蛋白,例如珀羅汀生物成功表達(dá)的BamHI內(nèi)切酶,其Minimun活性濃度只需0.001μg/μL。此外,無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)添加表面活性劑或脂質(zhì)體模擬膜環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了全長(zhǎng)跨膜蛋白(如CLDN18.1)的可溶表達(dá),純度達(dá)80%以上,為藥物靶點(diǎn)開發(fā)提供了關(guān)鍵工具。添加硒代甲硫氨酸的體外蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)??,直接獲得 X 射線晶體學(xué)級(jí)硒標(biāo)記蛋白。目的蛋白表達(dá)方法
在無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)(CFPS)領(lǐng)域,Thermo Fisher Scientific和Merck KGaA等生命科學(xué)巨頭占據(jù)主導(dǎo)地位,它們提供標(biāo)準(zhǔn)化的商業(yè)化試劑盒(如Thermo的PURExpress®和Merck的RTS 100系統(tǒng)),覆蓋科研到工業(yè)級(jí)需求。這些企業(yè)通過(guò)成熟的供應(yīng)鏈和全球分銷網(wǎng)絡(luò),為制藥、診斷客戶提供一站式解決方案。此外,Takara Bio(寶生物工程)憑借其高效真核裂解物技術(shù),在復(fù)雜蛋白表達(dá)(如糖基化抗體)細(xì)分市場(chǎng)表現(xiàn)突出。這些綜合服務(wù)商正通過(guò)收購(gòu)創(chuàng)新企業(yè)(如Thermo收購(gòu)CellFree Tech)進(jìn)一步鞏固技術(shù)壁壘。定制蛋白表達(dá)市場(chǎng)現(xiàn)狀PCR純化后的線性DNA模板可直接用于??大腸桿菌體外蛋白表達(dá)??。
無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的市場(chǎng)潛力主要來(lái)自三大驅(qū)動(dòng)力:藥物研發(fā)效率提升、合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化和診斷技術(shù)革新。制藥公司采用無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)加速抗體和CAR-T細(xì)胞zhi liao藥物的開發(fā),將傳統(tǒng)數(shù)月的過(guò)程縮短至數(shù)周。在合成生物學(xué)中,無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)被用于規(guī)?;a(chǎn)人工酶和生物材料(如蜘蛛絲蛋白),推動(dòng)可持續(xù)制造。此外,基于無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的便攜式診斷系統(tǒng)(如病原體檢測(cè)、ai癥早篩)因其低成本和快速響應(yīng)能力,在POCT(即時(shí)檢驗(yàn))市場(chǎng)嶄露頭角。隨著自動(dòng)化微流控設(shè)備的普及,無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)正從實(shí)驗(yàn)室走向GMP生產(chǎn),滿足工業(yè)級(jí)蛋白制造的需求。
凋亡因子(如caspase-3)、細(xì)菌du su(如白喉du suA鏈)在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)會(huì)引發(fā)宿主死亡。體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)細(xì)胞環(huán)境規(guī)避毒性效應(yīng):在添加線粒體膜組分的兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中,全長(zhǎng)BAX蛋白(21kDa)表達(dá)量達(dá)0.8mg/mL,并成功模擬其介導(dǎo)的細(xì)胞色素C釋放過(guò)程(CellDeathDiffer.,2024)。該系統(tǒng)還可表達(dá)HIV蛋白酶(活性>95%),用于高通量抑制劑篩選,加速抗病毒藥物開發(fā)。真he dan白的糖基化修飾(如抗體Fc段N-糖)是zhi liao性蛋白功能的he xin。傳統(tǒng)體外蛋白表達(dá)因缺乏高爾基體,糖基化效率不足5%。突破性方案是在HEK293裂解物中添加重組糖基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體(含GnT-I、GnT-II、FUT8),使曲妥珠單抗的復(fù)雜雙觸角糖型比例升至80%(Science,2022)。結(jié)合UDP-GlcNAc底物連續(xù)補(bǔ)料,糖均一性(G0F:G2F=1:1.2)媲美哺乳細(xì)胞表達(dá),為下一代抗體偶聯(lián)藥物(ADC)提供新生產(chǎn)路徑。通過(guò)微型化??體外蛋白表達(dá)??系統(tǒng),24小時(shí)內(nèi)測(cè)試了50種激酶抑制劑的效價(jià)。
無(wú)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。CHO細(xì)胞重組蛋白表達(dá)??是生產(chǎn)抗體的常用技術(shù)。hek293蛋白表達(dá)方法
大腸桿菌裂解物是??同位素標(biāo)記蛋白表達(dá)??的首要方案,因快速反應(yīng)能zai大化標(biāo)記原子利用率。目的蛋白表達(dá)方法
無(wú)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?。4送?,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(gòu)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(duì)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。目的蛋白表達(dá)方法