体外蛋白表达系统的本质是利用 纯化的细胞裂解物(含核糖体、tRNA、翻译因子及能量再生组分)重构蛋白质合成机器。在ATP/GTP供能条件下,核糖体通过mRNA模板介导的密码子-反密码子配对,驱动氨基酸按序列聚合成肽链。该过程的关键调控点包括:翻译起始效率(受5'UTR二级结构及Shine-Dalgarno序列影响)、延伸速率(依赖EF-Tu/G因子浓度)和终止准确性(释放因子RF1/2活性)。体外蛋白表达的高效性源于其 去除了细胞膜屏障,使反应底物浓度可人为提升至生理水平的10-100倍,大幅加速肽链合成动力学。芯片级体外蛋白表达平台在个性化医疗中尤为关键,能够帮助指导靶向药物选择。CHO细胞蛋白表达定位
尽管体外蛋白表达在科研领域优势明显,其规模化应用仍面临三重挑战:裂解物制备成本高: 真核裂解物(如兔网织红细胞)的原料获取与标准化生产难度大,单位成本远超微生物发酵;反应体系稳定性不足: 蛋白酶/核酸酶导致的产物降解及底物(如ATP)快速耗竭限制持续合成时间;产物浓度天花板: 当前比较好工艺的蛋白产量约5g/L,较CHO细胞系统(>10g/L)存在差距。解决这些瓶颈需开发 工程化裂解物(如RNase缺陷型菌株)与连续流灌注技术,提升经济可行性大肠杆菌重组蛋白表达检测大肠杆菌裂解物添加含T7启动子的线性DNA后,利用其??高密度核糖体??快速启动蛋白表达。
无细胞蛋白表达技术CFPS的开放体系特性使其对实验环境极为敏感。裂解物中的酶活性会随冻融次数下降,需分装保存并避免反复冻融;反应中核酸酶残留可能导致模板降解,常需额外添加抑制剂(如RNasin)。此外,不同批次的裂解物活性可能存在差异,导致实验结果难以重复。例如,某研究组发现同一模板在连续三次实验中蛋白产量波动达30%,后来通过标准化裂解物制备流程(如固定细胞生长OD值)才解决该问题。这些细节要求使得CFPS的操作容错率较低。
无细胞蛋白表达技术(CFPS)根据反应体系的设计可分为分批式(Batch)、双层式(Bilayer)和连续交换式(CECF)三种主要形式。分批式是Zui基础的形式,反应在单一试管中进行,操作简单但受限于底物耗尽和副产物积累,表达时间通常只4小时,适合小规模筛选(如Promega的试剂盒)。双层式通过密度差异将反应液与缓冲液分层,延长反应时间至8-20小时,日本CFS公司的产品采用此设计。连续交换式(CECF)通过半透膜连接反应室与供应室,持续补充底物并移除副产物,可将反应延长至24小时,产量明显提高(如德国RTS系统的1mL及以上规模产品)无细胞体系的开放性??允许直接添加非天然氨基酸,扩展了??体外表达蛋白??的化学多样性。
从裂解物来源看,无细胞蛋白表达技术主要分为原核系统和真核系统。原核系统以大肠杆菌S30提取物为主,成本低、耐受性强,适合表达简单蛋白或引入非天然氨基酸,但缺乏复杂翻译后修饰能力。真核系统包括兔网织红细胞裂解物(RRL)和麦胚提取物(WGE),前者适合哺乳动物蛋白的高效表达,后者对植物和病毒蛋白更优,且能处理长链RNA,但成本较高。此外,昆虫细胞提取物系统近年也用于复杂蛋白的修饰研究。英国nuclera 高通量微流控蛋白表达筛选系统可助力支持无细胞蛋白表达技术,如想了解更多信息,欢迎咨询官方代理商上海曼博生物!每一次体外蛋白表达的反应液微光,都在照亮人类准确操控生命分子的前沿征途。目的蛋白表达方法
体外蛋白表达需使用??不含质粒骨架的模板??以避免副反应。CHO细胞蛋白表达定位
体外蛋白表达技术的重点在于利用细胞裂解物中的生物合成机器(核糖体、tRNA、翻译因子)在试管中直接合成蛋白质。以大肠杆菌系统为例:首先制备含T7启动子的线性DNA模板,将其与商业化裂解物(如RocheRTS100)、能量混合物(ATP/GTP)及20种氨基酸混合,在37℃振荡反应2-4小时即可完成蛋白表达。整个过程无需细胞培养与基因转染,速度比传统方法快10倍以上。例如,COVID19刺突蛋白RBD结构域的体外表达只需6小时,而HEK293细胞系统需5天。该技术的关键优势是开放体系的可编程性——可直接添加非天然氨基酸(如Azidohomoalanine)合成定制化蛋白,为药物偶联物开发提供高效平台。CHO细胞蛋白表达定位