體外蛋白表達(dá)正在推動 無細(xì)胞合成生物學(xué) 的范式革新：人工代謝通路重構(gòu)： 在裂解物中整合多酶級聯(lián)反應(yīng)，利用底物通道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)小分子化合物的高轉(zhuǎn)化率合成；基因振蕩器開發(fā)： 通過T7 RNA聚合酶的自調(diào)控表達(dá)構(gòu)建分子鐘，模擬細(xì)胞周期節(jié)律；仿生細(xì)胞構(gòu)建： 將蛋白表達(dá)系統(tǒng)封裝于脂質(zhì)體內(nèi)，結(jié)合ATP再生模塊（如bing tong酸激酶系統(tǒng)）創(chuàng)建可自我維持的人工細(xì)胞雛形。這種 “設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測試”閉環(huán) 明顯加速了生物系統(tǒng)的理性設(shè)計(jì)進(jìn)程。nuclera 高通量微流控蛋白表達(dá)篩選系統(tǒng)可助力體外蛋白表達(dá)，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！合成生物學(xué)利用體外蛋白表達(dá)構(gòu)造??無細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)??。大腸桿菌誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的優(yōu)勢

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(jià)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(shí)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。AI合成蛋白表達(dá)的性價(jià)比添加 0.1% Triton X-100 使疏水蛋白的體外表達(dá)可溶率達(dá)90%??。

體外蛋白表達(dá)正在革新現(xiàn)場快速檢測技術(shù)。以瘧疾診斷為例：將凍干的大腸桿菌裂解物、瘧原蟲 HRP2 基因 DNA 及顯色底物預(yù)裝在微流控芯片中，加入水樣后啟動 30 分鐘體外蛋白表達(dá)反應(yīng)，生成的 HRP2 蛋白催化顯色劑變紅，靈敏度達(dá) 5 寄生蟲/μL（傳統(tǒng)試紙只 200/μL）。此方案在剛果金野外測試中顯示，陽性檢出率提升 40% 且無需冷鏈運(yùn)輸。類似技術(shù)已擴(kuò)展至COVID-19檢測——用患者鼻拭子 RNA 直接合成 Spike 蛋白，結(jié)合納米金抗體實(shí)現(xiàn) 1 小時(shí)確診。這種 “即測即表達(dá)”模式 將診斷成本降至 $0.5/次，成為資源匱乏地區(qū)的抗疫利器。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）根據(jù)反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續(xù)交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎(chǔ)的形式，反應(yīng)在單一試管中進(jìn)行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產(chǎn)物積累，表達(dá)時(shí)間通常只4小時(shí)，適合小規(guī)模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應(yīng)液與緩沖液分層，延長反應(yīng)時(shí)間至8-20小時(shí)，日本CFS公司的產(chǎn)品采用此設(shè)計(jì)。連續(xù)交換式（CECF）通過半透膜連接反應(yīng)室與供應(yīng)室，持續(xù)補(bǔ)充底物并移除副產(chǎn)物，可將反應(yīng)延長至24小時(shí)，產(chǎn)量明顯提高（如德國RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）對于需糖基化的抗體，??哺乳細(xì)胞體外表達(dá)??比原核系統(tǒng)更適用。

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的本質(zhì)是利用 純化的細(xì)胞裂解物（含核糖體、tRNA、翻譯因子及能量再生組分）重構(gòu)蛋白質(zhì)合成機(jī)器。在ATP/GTP供能條件下，核糖體通過mRNA模板介導(dǎo)的密碼子-反密碼子配對，驅(qū)動氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過程的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)包括：翻譯起始效率（受5'UTR二級結(jié)構(gòu)及Shine-Dalgarno序列影響）、延伸速率（依賴EF-Tu/G因子濃度）和終止準(zhǔn)確性（釋放因子RF1/2活性）。體外蛋白表達(dá)的高效性源于其 去除了細(xì)胞膜屏障，使反應(yīng)底物濃度可人為提升至生理水平的10-100倍，大幅加速肽鏈合成動力學(xué)。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。內(nèi)源蛋白表達(dá)陽性

芯片級體外蛋白表達(dá)平臺在個(gè)性化醫(yī)療中尤為關(guān)鍵，能夠幫助指導(dǎo)靶向藥物選擇。大腸桿菌誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的優(yōu)勢

在中國，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）的推廣面臨he xin原料依賴進(jìn)口的挑戰(zhàn)。商業(yè)化裂解物、高效能量再生系統(tǒng)等關(guān)鍵試劑仍以Thermo Fisher、Merck等國際品牌為主，國產(chǎn)替代品在活性和穩(wěn)定性上存在差距，導(dǎo)致成本居高不下。此外，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)工藝的規(guī)?；糯蠹夹g(shù)尚未成熟，反應(yīng)體系均一性、產(chǎn)物收率等問題限制了其在GMP生產(chǎn)中的應(yīng)用。盡管國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)（如中科院、清華大學(xué)）在基礎(chǔ)研究上取得突破，但產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化效率較低，缺乏類似Synthelis的專注無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的本土企業(yè)，難以形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。大腸桿菌誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的優(yōu)勢