在無細胞合成生物學的框架下，可編程分子制造引擎的he xin角色可讓體外蛋白表達充當。其模塊化特性允許研究者將生物系統(tǒng)解構(gòu)為三個可du li操作的層級：信息層：DNA/mRNA模板作為信息載體，其啟動子強度（如T7系統(tǒng)表達量比SP6高3倍）與5'UTR二級結(jié)構(gòu)（ΔG<-50 kJ/mol時翻譯效率銳減）可自由優(yōu)化；執(zhí)行層：裂解物中的核糖體作為分子機器，通過補充非天然氨基酸（如對疊氮苯丙氨酸）擴展產(chǎn)物化學空間；調(diào)控層：添加核糖核酸開關(guān)（Riboswitch）或適配體（Aptamer）實現(xiàn)反饋控制，例如當產(chǎn)物積累至閾值濃度時觸發(fā)終止子發(fā)卡結(jié)構(gòu)折疊終止反應(yīng)。這種分層控制使體外蛋白表達能夠驅(qū)動人工設(shè)計基因回路的構(gòu)建，例如合成振蕩器系統(tǒng)中T7 RNA聚合酶的自抑制表達實現(xiàn)周期為120分鐘的蛋白質(zhì)濃度波動，為構(gòu)建人工細胞提供可控的時空動態(tài)基礎(chǔ)。通過體外蛋白表達，只需在裂解物中添加對應(yīng)mRNA，就能在裂解物中安全實現(xiàn)dusu合成及機制研究。蛋白表達定位

無細胞蛋白表達技術(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。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)模實驗單次反應(yīng)成本可達數(shù)百元，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟性尚未完全解決。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）遠低于細胞表達系統(tǒng)（如大腸桿菌可達10 mg/mL以上）。此外，復(fù)雜蛋白表達受限，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、離子強度等）需精細調(diào)控，且線性DNA模板易降解，增加了實驗難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應(yīng)用，在超長蛋白（>100 kDa）表達和工業(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。蛋白表達異常真核型體外蛋白表達系統(tǒng)對??毒性蛋白研究??具有不可替代的價值，如凋亡相關(guān)蛋白caspase-3的可控表達。

無細胞蛋白表達技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢，尤其適用于快速生產(chǎn)zhi liao性蛋白、抗體和疫苗抗原。例如，在COVID-19期間，研究人員利用CFPS在幾小時內(nèi)合成COVID-19刺突蛋白的RBD結(jié)構(gòu)域，大幅加速了疫苗候選分子的篩選和驗證。此外，該技術(shù)可高效表達傳統(tǒng)細胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白（如某些抗ai藥物靶點）或易降解蛋白（如細胞因子），并支持非天然氨基酸插入，為抗體藥物偶聯(lián)物（ADCs）的開發(fā)提供準確修飾平臺。相比哺乳動物細胞培養(yǎng)（通常需要1-2周），CFPS可在24小時內(nèi)完成從基因到蛋白的全流程，明顯縮短藥物發(fā)現(xiàn)周期。

從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，無細胞蛋白表達技術(shù)還面臨多重障礙。規(guī)?；a(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、酶和其他細胞組分，目標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。大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后，裂解物中的??內(nèi)源性RNA聚合酶??即可轉(zhuǎn)錄mRNA。

無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）的he xin組分包括細胞裂解物（如大腸桿菌、兔網(wǎng)織紅細胞或小麥胚芽提取物），其中含有核糖體、tRNA、氨酰-tRNA合成酶及轉(zhuǎn)錄/翻譯因子（如啟動/延伸/終止因子）。此外，系統(tǒng)需補充能量再生系統(tǒng)（如ATP、磷酸肌酸與肌酸激酶）以維持反應(yīng)持續(xù)進行，以及底物（氨基酸、核苷酸）和輔因子（Mg2?、K?等）以支持蛋白質(zhì)合成。例如，大腸桿菌S30提取物常通過敲除核酸酶和蛋白酶來提升蛋白穩(wěn)定性。英國nuclera高通量微流控蛋白表達篩選系統(tǒng)可支持助力無細胞蛋白表達技術(shù)，如想更多關(guān)于該產(chǎn)品的信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！芯片級體外蛋白表達平臺在個性化醫(yī)療中尤為關(guān)鍵，能夠為cancer患者快速篩選驅(qū)動突變的體外蛋白表達產(chǎn)物。誘導型蛋白表達量

通過灌流式反應(yīng)器將CHO細胞體外蛋白表達??周期縮短至72小時，單批次產(chǎn)量突破5g/L。蛋白表達定位

在無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）領(lǐng)域，Thermo Fisher Scientific和Merck KGaA等生命科學巨頭占據(jù)主導地位，它們提供標準化的商業(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。蛋白表達定位