在無細(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(dá)（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(jìn)一步鞏固技術(shù)壁壘。通過??優(yōu)化蛋白表達(dá)條件??，我們獲得了更高產(chǎn)量的酶。差異蛋白表達(dá)條件篩選

在合成生物學(xué)中，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)是構(gòu)建人工細(xì)胞和基因電路的he xin工具。研究人員通過混合不同物種（如大腸桿菌+哺乳動物）的裂解物，創(chuàng)建雜合翻譯系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)跨物種蛋白的協(xié)同合成。該技術(shù)還支持無細(xì)胞基因線路的快速原型設(shè)計(jì)，例如將CRISPR組分與報告蛋白共表達(dá)，用于體外診斷工具的開發(fā)。由于擺脫了細(xì)胞膜的限制，CFPS可直接整合非生物元件（如合成聚合物或納米材料），推動人工合成生命和生物-非生物雜合系統(tǒng)的前沿研究。無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可快速表達(dá)膜蛋白（如GPCRs、離子通道）用于藥物靶點(diǎn)研究，解決了此類蛋白在細(xì)胞內(nèi)難表達(dá)、易沉淀的問題。在診斷領(lǐng)域，基于CFPS的體外轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)被整合到便攜式設(shè)備中，用于現(xiàn)場檢測病原體核酸（如埃博拉病毒），實(shí)現(xiàn)“樣本進(jìn)-結(jié)果出”的快速診斷。此外，該技術(shù)還能合成定制化抗原，用于抗體庫篩選或個性化cancer疫苗開發(fā)。重組蛋白表達(dá)流程CHO細(xì)胞重組蛋白表達(dá)??是生產(chǎn)抗體的常用技術(shù)。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的開放體系特性使其對實(shí)驗(yàn)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(fù)凍融；反應(yīng)中核酸酶殘留可能導(dǎo)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(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以重復(fù)。例如，某研究組發(fā)現(xiàn)同一模板在連續(xù)三次實(shí)驗(yàn)中蛋白產(chǎn)量波動達(dá)30%，后來通過標(biāo)準(zhǔn)化裂解物制備流程（如固定細(xì)胞生長OD值）才解決該問題。這些細(xì)節(jié)要求使得CFPS的操作容錯率較低。

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的hexin在于重構(gòu)細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中的核糖體翻譯機(jī)器。該過程起始于mRNA5'端與核糖體小亞基的結(jié)合，由起始因子（如原核IF1/2/3或真核eIF4F復(fù)合物）介導(dǎo)形成翻譯起始復(fù)合物。肽鏈延伸階段依賴延伸因子EF-Tu準(zhǔn)確運(yùn)送氨酰tRNA至A位點(diǎn)，并通過其GTP水解活性確保密碼子-反密碼子配對的保真度。體外蛋白表達(dá)的高效率源于反應(yīng)底物濃度的可調(diào)控性—在去除了細(xì)胞膜屏障的無細(xì)胞環(huán)境中，ATP濃度可提升至生理水平的5-8倍（4-6mM），使核糖體延伸速率高達(dá)21個氨基酸/秒。同時，磷酸肌酸（PCr）-肌酸激酶（CK）組成的能量再生系統(tǒng)持續(xù)將ADP還原為ATP，維持反應(yīng)體系48小時以上的持續(xù)活性，大幅提升了目標(biāo)產(chǎn)物的積累效率。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)級硒標(biāo)記蛋白。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)單次反應(yīng)成本可達(dá)數(shù)百元，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性尚未完全解決。其次，蛋白產(chǎn)量較低，反應(yīng)通常在幾小時內(nèi)終止，產(chǎn)量（0.1-1 mg/mL）遠(yuǎn)低于細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)（如大腸桿菌可達(dá)10 mg/mL以上）。此外，復(fù)雜蛋白表達(dá)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(yīng)條件（pH、離子強(qiáng)度等）需精細(xì)調(diào)控，且線性DNA模板易降解，增加了實(shí)驗(yàn)難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應(yīng)用，在超長蛋白（>100 kDa）表達(dá)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。添加0.5 mM鎂離子可優(yōu)化??小麥胚芽體外蛋白表達(dá)??的翻譯起始效率。內(nèi)源蛋白表達(dá)濃度

隨著工程化裂解物與自動化設(shè)備的進(jìn)步，體外蛋白表達(dá)技術(shù)將成為生命科學(xué)工具箱中的常備利器。差異蛋白表達(dá)條件篩選

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(diǎn)，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(dá)”的特點(diǎn)，會導(dǎo)致表達(dá)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(dá)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(dá)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(jìn)行放大，可生產(chǎn)微克級的蛋白質(zhì)，從而實(shí)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(dá)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(dá)”蛋白質(zhì)提供了參考。差異蛋白表達(dá)條件篩選