從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，無細(xì)胞蛋白表達技術(shù)還面臨多重障礙。規(guī)模化生產(chǎn)時，反應(yīng)體系的均一性和重復(fù)性難以保證，且大規(guī)模制備高活性裂解物的成本效益比仍需優(yōu)化。在下游純化環(huán)節(jié)，由于反應(yīng)混合物中含有大量核酸、酶和其他細(xì)胞組分，目標(biāo)蛋白的分離純化步驟比傳統(tǒng)方法更復(fù)雜。此外，目前大多數(shù)CFPS工藝仍處于分批反應(yīng)模式，連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)滯后，限制了其在工業(yè)流水線中的應(yīng)用潛力。盡管存在這些挑戰(zhàn)，隨著微流控技術(shù)、人工智能優(yōu)化反應(yīng)條件等新方法的引入，CFPS技術(shù)正在逐步突破這些產(chǎn)業(yè)化瓶頸。添加 2 mM 鎂離子可使 ??大腸桿菌體外蛋白表達??產(chǎn)量提高 60%。293蛋白表達技術(shù)

B淋巴細(xì)胞抗原CD19是一種跨膜糖蛋白，為B細(xì)胞惡性zhong Liu生物標(biāo)志物、CAR-T等療法理想靶點，包含單個跨膜螺旋（292-313）、天然信號肽（1-20）、胞外N端結(jié)構(gòu)域（ECD）和胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)域（ICD）。其ECD有兩個通過二硫鍵連接的免疫球蛋白樣C2型結(jié)構(gòu)域，ICD有多個無序區(qū)域。生產(chǎn)CD19，尤其是ECD對開發(fā)新的B細(xì)胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素來有“難表達”的特點，會導(dǎo)致表達滴度低、蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集，阻礙了對細(xì)胞表面分子的詳細(xì)分子研究。在本應(yīng)用中，我們利用eProteinDiscovery系統(tǒng)的可溶性標(biāo)簽選擇功能和無細(xì)胞混合物，在24小時內(nèi)篩選了192種表達條件，優(yōu)化了可溶性CD19蛋白的生產(chǎn)（如圖1所示）。我們成功表達并純化了全長CD19、ECD和ICD。篩選完成后，在24小時內(nèi)將適合條件進行放大，可生產(chǎn)微克級的蛋白質(zhì)，從而實現(xiàn)了Zhi liao研究所需復(fù)雜蛋白質(zhì)的提效生產(chǎn)。本應(yīng)用為表達其他具有跨膜結(jié)構(gòu)域、二硫鍵和高度無序區(qū)域的“難表達”蛋白質(zhì)提供了參考。多次跨膜蛋白表達條件篩選添加納米盤磷脂的 ?GPCR體外蛋白表達??系統(tǒng)，功能性受體得率提升至80%。

在無細(xì)胞蛋白表達技術(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)級需求。這些企業(yè)通過成熟的供應(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（如糖基化抗體）細(xì)分市場表現(xiàn)突出。這些綜合服務(wù)商正通過收購創(chuàng)新企業(yè)（如Thermo收購CellFree Tech）進一步鞏固技術(shù)壁壘。

盡管前景廣闊，無細(xì)胞蛋白表達技術(shù)市場仍面臨成本控制和規(guī)?；a(chǎn)的挑戰(zhàn)。目前反應(yīng)體系依賴昂貴的裂解物和能量試劑，限制了大規(guī)模應(yīng)用，但新型工程化裂解物（如敲除核酸酶的E. coli提取物）和能量再生系統(tǒng)的開發(fā)有望降低成本。未來，無細(xì)胞蛋白表達技術(shù)技術(shù)可能與AI驅(qū)動的蛋白設(shè)計、連續(xù)生物制造工藝結(jié)合，進一步拓展在細(xì)胞zhi liao、人造肉（如無細(xì)胞合成血紅蛋白）等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。Goverment與資本對生物制造的投入（如美國《國家生物技術(shù)和生物制造計劃》）也將加速無細(xì)胞蛋白表達技術(shù)的商業(yè)化進程，使其成為千億美元合成生物學(xué)市場的重要支柱技術(shù)。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??。

無細(xì)胞蛋白表達的興起可將這一時間縮短至十幾個小時，但是仍需要現(xiàn)進行表達載體的制備，體外擴增和高通量蛋白表達然后再進行篩選等多步操作。Nuclera將這些復(fù)雜的流程ji he到eProteinDiscovery系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用基于數(shù)字微流控的智能卡盒、蛋白質(zhì)質(zhì)量檢測和無細(xì)胞蛋白合成，使研究人員更容易快速獲取高質(zhì)量蛋白質(zhì)。只要將目標(biāo)蛋白質(zhì)的序列輸入配套軟件，就可以利用預(yù)設(shè)融合標(biāo)簽定制DNA構(gòu)建體以優(yōu)化表達，然后將表達載體裝載到機器上，該系統(tǒng)就會通過自動化構(gòu)建篩選（可同時篩24種DNA構(gòu)建體x8種無細(xì)胞混合物=192種獨特表達條件），根據(jù)可溶性、可純化性和純化產(chǎn)量數(shù)據(jù)確定Zui 佳表達條件，然后放大規(guī)模并獲取蛋白質(zhì)以供下游應(yīng)用，從DNA到可用于分析檢測的蛋白質(zhì)只需要48小時。系統(tǒng)已生產(chǎn)超過2,000種蛋白質(zhì)，包含多種類型，其中約77%的人類蛋白。蛋白質(zhì)類型包括伴侶蛋白、水解酶、連接酶、氧化還原酶、信號蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白和轉(zhuǎn)移酶等，分子量范圍為18kDa~300kDa(平均:46kDa)。獲得的難表達蛋白包括膜蛋白、含二硫鍵的蛋白和含高度無序結(jié)構(gòu)的蛋白等，還更容易地篩選和獲取同源物、直系同源物、突變和異構(gòu)體。小麥胚芽裂解物??則憑借??低核酸酶活性??成為長期反應(yīng)（>24小時）的理想選擇。293f細(xì)胞蛋白表達定位

不用養(yǎng)細(xì)胞，直接拿細(xì)胞內(nèi)部的“機器”（核糖體+酶）??在試管里進行蛋白表達??。293蛋白表達技術(shù)

將體外蛋白表達推向規(guī)?；a(chǎn)需解決三大he xin瓶頸：裂解物制備標(biāo)準(zhǔn)化問題：不同批次細(xì)胞破碎效率差異導(dǎo)致核酸酶/蛋白酶殘留量波動（CV>15%），造成翻譯活性離散度超20%。能量再生持續(xù)性不足：即使采用多酶耦聯(lián)再生系統(tǒng)（如pyruvate kinase,PK-肌激酶級聯(lián)），ATP濃度常在反應(yīng)啟動6小時后衰減至閾值（<1 mM）以下，大幅限制長時程蛋白表達效率。產(chǎn)物濃度天花板效應(yīng)：受限于核糖體組裝速率（約10個核糖體/分鐘/條mRNA），當(dāng)前比較高產(chǎn)量只達5-8 g/L，較CHO細(xì)胞灌注培養(yǎng)系統(tǒng)（>10 g/L）仍有明顯差距。為突破這些限制，前沿策略聚焦于 工程化裂解物開發(fā)—通過CRISPR敲除宿主核酸酶基因（如RNase E）并將關(guān)鍵翻譯因子過表達100倍以上，使體外蛋白表達系統(tǒng)的批間穩(wěn)定性提升至CV<5%，ATP維持時間延長至24小時以上，明顯提升了工業(yè)轉(zhuǎn)化潛力。293蛋白表達技術(shù)