體外蛋白表達(InVitroProteinExpression)是指在無完整活細胞的環(huán)境下(如試管、微孔板或芯片),利用生物提取物中的核糖體、tRNA、酶及能量系統(tǒng),直接將遺傳信息轉化為功能蛋白質的技術。與傳統(tǒng)細胞依賴的系統(tǒng)不同,該技術完全避開了細胞膜屏障和基因復制過程,只通過添加目標DNA/RNA模板及底物(氨基酸、ATP)即可啟動蛋白表達。這一過程通??稍?-4小時內完成,其速度優(yōu)勢大幅加速了蛋白質研究進程。無細胞蛋白表達系統(tǒng)的重點在于重構翻譯機器,例如提取大腸桿菌裂解物中的核糖體,或利用兔網織紅細胞裂解物中的真核翻譯因子,以實現跨物種的高效蛋白表達。通過??優(yōu)化蛋白表達條件??,我們獲得了更高產量的酶。CHO細胞蛋白表達市場現狀
無細胞蛋白表達技術(CFPS)根據反應體系的設計可分為分批式(Batch)、雙層式(Bilayer)和連續(xù)交換式(CECF)三種主要形式。分批式是Zui基礎的形式,反應在單一試管中進行,操作簡單但受限于底物耗盡和副產物積累,表達時間通常只4小時,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液與緩沖液分層,延長反應時間至8-20小時,日本CFS公司的產品采用此設計。連續(xù)交換式(CECF)通過半透膜連接反應室與供應室,持續(xù)補充底物并移除副產物,可將反應延長至24小時,產量明顯提高(如德國RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產品)常用蛋白表達系統(tǒng)通過灌流式反應器將CHO細胞體外蛋白表達??周期縮短至72小時,單批次產量突破5g/L。
體外蛋白表達正在推動 無細胞合成生物學 的范式革新:人工代謝通路重構: 在裂解物中整合多酶級聯(lián)反應,利用底物通道效應實現小分子化合物的高轉化率合成;基因振蕩器開發(fā): 通過T7 RNA聚合酶的自調控表達構建分子鐘,模擬細胞周期節(jié)律;仿生細胞構建: 將蛋白表達系統(tǒng)封裝于脂質體內,結合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胞雛形。這種 “設計-構建-測試”閉環(huán) 明顯加速了生物系統(tǒng)的理性設計進程。nuclera 高通量微流控蛋白表達篩選系統(tǒng)可助力體外蛋白表達,如想了解更多信息,歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物!
體外蛋白表達正在革新現場快速檢測技術。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 及顯色底物預裝在微流控芯片中,加入水樣后啟動 30 分鐘體外蛋白表達反應,生成的 HRP2 蛋白催化顯色劑變紅,靈敏度達 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% 且無需冷鏈運輸。類似技術已擴展至COVID-19檢測——用患者鼻拭子 RNA 直接合成 Spike 蛋白,結合納米金抗體實現 1 小時確診。這種 “即測即表達”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。無細胞體系的開放性??允許直接添加非天然氨基酸,擴展了??體外表達蛋白??的化學多樣性。
體外蛋白表達系統(tǒng)的本質是利用 純化的細胞裂解物(含核糖體、tRNA、翻譯因子及能量再生組分)重構蛋白質合成機器。在ATP/GTP供能條件下,核糖體通過mRNA模板介導的密碼子-反密碼子配對,驅動氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過程的關鍵調控點包括:翻譯起始效率(受5'UTR二級結構及Shine-Dalgarno序列影響)、延伸速率(依賴EF-Tu/G因子濃度)和終止準確性(釋放因子RF1/2活性)。體外蛋白表達的高效性源于其 去除了細胞膜屏障,使反應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。添加0.5mM PMSF將 ??體外表達蛋白的降解率??從45%壓制至<5%。重組蛋白表達量
每一次體外蛋白表達的反應液微光,都在照亮人類準確操控生命分子的前沿征途。CHO細胞蛋白表達市場現狀
無細胞蛋白表達技術(CFPS)的he xin組分包括細胞裂解物(如大腸桿菌、兔網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,如想更多關于無細胞蛋白表達的產品信息,歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物!CHO細胞蛋白表達市場現狀