分泌蛋白表達(dá)優(yōu)化

體外蛋白表達(dá)正在革新現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)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(dòng) 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(cè)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(cè)——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(cè)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。科學(xué)家用細(xì)菌??進(jìn)行蛋白表達(dá)??來生產(chǎn)胰島素。分泌蛋白表達(dá)優(yōu)化

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的開放體系特性使其對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境極為敏感。裂解物中的酶活性會(huì)隨凍融次數(shù)下降，需分裝保存并避免反復(fù)凍融；反應(yīng)中核酸酶殘留可能導(dǎo)致模板降解，常需額外添加抑制劑（如RNasin）。此外，不同批次的裂解物活性可能存在差異，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以重復(fù)。例如，某研究組發(fā)現(xiàn)同一模板在連續(xù)三次實(shí)驗(yàn)中蛋白產(chǎn)量波動(dòng)達(dá)30%，后來通過標(biāo)準(zhǔn)化裂解物制備流程（如固定細(xì)胞生長(zhǎng)OD值）才解決該問題。這些細(xì)節(jié)要求使得CFPS的操作容錯(cuò)率較低。hek293蛋白表達(dá)條件篩選通過體外蛋白表達(dá)，只需在裂解物中添加對(duì)應(yīng)mRNA，就能在裂解物中安全實(shí)現(xiàn)dusu合成及機(jī)制研究。

B淋巴細(xì)胞抗原CD19是一種跨膜糖蛋白，為B細(xì)胞惡性zhong Liu生物標(biāo)志物、CAR-T等療法理想靶點(diǎn)，包含單個(gè)跨膜螺旋（292-313）、天然信號(hào)肽（1-20）、胞外N端結(jié)構(gòu)域（ECD）和胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)域（ICD）。其ECD有兩個(gè)通過二硫鍵連接的免疫球蛋白樣C2型結(jié)構(gòu)域，ICD有多個(gè)無序區(qū)域。生產(chǎn)CD19，尤其是ECD對(duì)開發(fā)新的B細(xì)胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素來有“難表達(dá)”的特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致表達(dá)滴度低、蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和聚集，阻礙了對(duì)細(xì)胞表面分子的詳細(xì)分子研究。在本應(yīng)用中，我們利用eProteinDiscovery系統(tǒng)的可溶性標(biāo)簽選擇功能和無細(xì)胞混合物，在24小時(shí)內(nèi)篩選了192種表達(dá)條件，優(yōu)化了可溶性CD19蛋白的生產(chǎn)（如圖1所示）。我們成功表達(dá)并純化了全長(zhǎng)CD19、ECD和ICD。篩選完成后，在24小時(shí)內(nèi)將適合條件進(jìn)行放大，可生產(chǎn)微克級(jí)的蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了Zhi liao研究所需復(fù)雜蛋白質(zhì)的提效生產(chǎn)。本應(yīng)用為表達(dá)其他具有跨膜結(jié)構(gòu)域、二硫鍵和高度無序區(qū)域的“難表達(dá)”蛋白質(zhì)提供了參考。

在無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）領(lǐng)域，Thermo Fisher Scientific和Merck KGaA等生命科學(xué)巨頭占據(jù)主導(dǎo)地位，它們提供標(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(dá)（如糖基化抗體）細(xì)分市場(chǎng)表現(xiàn)突出。這些綜合服務(wù)商正通過收購(gòu)創(chuàng)新企業(yè)（如Thermo收購(gòu)CellFree Tech）進(jìn)一步鞏固技術(shù)壁壘。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)（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(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)至24小時(shí)，產(chǎn)量明顯提高（如德國(guó)RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機(jī)制??，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜酶活性分子的功能性蛋白表達(dá)。無細(xì)胞蛋白表達(dá)原理

大腸桿菌體外蛋白表達(dá)的單次反應(yīng)成本（$1.5）只為哺乳細(xì)胞系統(tǒng)的 1/50。分泌蛋白表達(dá)優(yōu)化

若需實(shí)現(xiàn)高階應(yīng)用（如非天然氨基酸插入、膜蛋白合成），無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)復(fù)雜度會(huì)明顯提升。例如，插入Azidohomoalanine需定制正交tRNA合成酶體系，且需優(yōu)化反應(yīng)中nnAA與天然氨基酸的比例；表達(dá)膜蛋白時(shí)則需添加脂質(zhì)體或納米盤以維持蛋白折疊。此類實(shí)驗(yàn)往往涉及多學(xué)科知識(shí)（合成生物學(xué)、生物化學(xué)），并依賴特殊設(shè)備（如微流控芯片工作站）。不過，隨著商業(yè)化試劑盒（如Thermo的PUREfrex2.0）和自動(dòng)化平臺(tái)（如ArborBio的AI優(yōu)化系統(tǒng)）的普及，部分操作正趨于標(biāo)準(zhǔn)化，降低了技術(shù)門檻。分泌蛋白表達(dá)優(yōu)化