無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）正在徹底改變合成生物學(xué)、生物技術(shù)和藥物開發(fā)等關(guān)鍵領(lǐng)域，它通過突破傳統(tǒng)大腸桿菌（E. coli）等細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)的固有局限，實(shí)現(xiàn)了三大he xin優(yōu)勢(shì)：更快的生產(chǎn)周期更靈活的合成條件調(diào)控；可表達(dá)毒性蛋白或體內(nèi)難以合成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)蛋白；這使得CFPS成為zhi liao性蛋白開發(fā)、功能基因組學(xué)和高通量蛋白質(zhì)篩選不可或缺的工具。由于擺脫了細(xì)胞代謝的束縛，CFPS可實(shí)時(shí)優(yōu)化反應(yīng)條件，從而明顯提升蛋白產(chǎn)量并優(yōu)化生產(chǎn)效率。添加0.5mM PMSF將 ??體外表達(dá)蛋白的降解率??從45%壓制至<5%。大腸桿菌外源蛋白表達(dá)系統(tǒng)

nuclera 高通量微流控蛋白表達(dá)篩選eProtein Discovery系統(tǒng)

1、從DNA到106μg純化蛋白的時(shí)間不到48小時(shí)

2、Biacore檢測(cè)證實(shí)VEGF165與貝伐珠單抗結(jié)合具有功能活性，親和力達(dá)36pM通過eProteinDiscovery系統(tǒng)進(jìn)行快速無細(xì)胞蛋白表達(dá)與純化篩選，次日即可進(jìn)行蛋白放大生產(chǎn)，這一組合縮短了獲取高質(zhì)量蛋白以在Biacore系統(tǒng)上進(jìn)行功能驗(yàn)證的時(shí)間。英國Nuclera公司由劍橋大學(xué)的博士生們于2013年創(chuàng)立。在撰寫論文期間，他們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)難以獲取的問題是生物學(xué)領(lǐng)域的首要障礙和關(guān)鍵瓶頸。他們著手解決蛋白質(zhì)難以獲取的問題，以期改善人類健康狀況。公司的愿景是打造出從DNA到蛋白質(zhì)的原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以減少在藥物發(fā)現(xiàn)計(jì)劃中獲得靶蛋白的時(shí)間和障礙。上海曼博生物是Nuclera品牌的官方代理商。 桿狀病毒蛋白表達(dá)載體體外蛋白表達(dá)技術(shù)正在改寫蛋白質(zhì)研究的??時(shí)空規(guī)則??。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)因其操作簡單、周期短，已成為生物教學(xué)的理想工具。學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)課中直接觀察綠色熒光蛋白（GFP）的實(shí)時(shí)合成過程，直觀理解中心法則。在科研中，CFPS被用于研究翻譯調(diào)控機(jī)制、核糖體功能等基礎(chǔ)問題，例如通過添加特定抑制劑分析蛋白質(zhì)合成的能量依賴性。從藥物開發(fā)到合成生命，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的應(yīng)用覆蓋了生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生物技術(shù)和基礎(chǔ)研究。其hexin價(jià)值在于打破細(xì)胞壁壘，實(shí)現(xiàn)“按需合成”，未來隨著自動(dòng)化與微流控技術(shù)的結(jié)合，應(yīng)用場景將進(jìn)一步擴(kuò)展。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)的興起可將這一時(shí)間縮短至十幾個(gè)小時(shí)，但是仍需要現(xiàn)進(jìn)行表達(dá)載體的制備，體外擴(kuò)增和高通量蛋白表達(dá)然后再進(jìn)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(cè)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(dá)，然后將表達(dá)載體裝載到機(jī)器上，該系統(tǒng)就會(huì)通過自動(dòng)化構(gòu)建篩選（可同時(shí)篩24種DNA構(gòu)建體x8種無細(xì)胞混合物=192種獨(dú)特表達(dá)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(dá)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(cè)的蛋白質(zhì)只需要48小時(shí)。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(hào)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(dá)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。通過灌流式反應(yīng)器將CHO細(xì)胞體外蛋白表達(dá)??周期縮短至72小時(shí)，單批次產(chǎn)量突破5g/L。

體外蛋白表達(dá)技術(shù)的重點(diǎn)在于利用細(xì)胞裂解物中的生物合成機(jī)器（核糖體、tRNA、翻譯因子）在試管中直接合成蛋白質(zhì)。以大腸桿菌系統(tǒng)為例：首先制備含T7啟動(dòng)子的線性DNA模板，將其與商業(yè)化裂解物（如RocheRTS100）、能量混合物（ATP/GTP）及20種氨基酸混合，在37℃振蕩反應(yīng)2-4小時(shí)即可完成蛋白表達(dá)。整個(gè)過程無需細(xì)胞培養(yǎng)與基因轉(zhuǎn)染，速度比傳統(tǒng)方法快10倍以上。例如，COVID19刺突蛋白R(shí)BD結(jié)構(gòu)域的體外表達(dá)只需6小時(shí)，而HEK293細(xì)胞系統(tǒng)需5天。該技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是開放體系的可編程性——可直接添加非天然氨基酸（如Azidohomoalanine）合成定制化蛋白，為藥物偶聯(lián)物開發(fā)提供高效平臺(tái)。小麥胚芽裂解物??尤其適用于??同位素標(biāo)記的蛋白表達(dá)??用于NMR結(jié)構(gòu)解析。桿狀病毒蛋白表達(dá)載體

CHO細(xì)胞重組蛋白表達(dá)??是生產(chǎn)抗體的常用技術(shù)。大腸桿菌外源蛋白表達(dá)系統(tǒng)

前沿高校和研究所是無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)創(chuàng)新的源頭。哈佛大學(xué)George Church實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的"全基因組裂解物"技術(shù)，明顯提升了復(fù)雜途徑的體外重構(gòu)能力；東京大學(xué)則通過微流控-無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)聯(lián)用系統(tǒng)，推動(dòng)單細(xì)胞蛋白組學(xué)研究。值得注意的是，合成生物學(xué)公司（如Ginkgo Bioworks、Zymergen）正將無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)納入其自動(dòng)化生物鑄造平臺(tái)，用于高通量酶進(jìn)化。而傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)公司（如DSM）也開始布局無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)，探索其在可持續(xù)蛋白（如無細(xì)胞合成乳清蛋白）中的應(yīng)用，預(yù)示著技術(shù)融合的跨界競爭趨勢(shì)。大腸桿菌外源蛋白表達(dá)系統(tǒng)