融合蛋白表達條件篩選

在特殊應(yīng)用領(lǐng)域，無細胞蛋白表達技術(shù)CFPS的性價比難以用傳統(tǒng)標準衡量。例如：① 非天然氨基酸標記蛋白（如ADC藥物開發(fā)），細胞系統(tǒng)需基因改造且產(chǎn)量極低，而無細胞蛋白表達技術(shù)CFPS直接添加修飾氨基酸即可實現(xiàn)，單次反應(yīng)成本雖高但省去數(shù)月工程菌構(gòu)建時間；② 便攜式生物制造（如戰(zhàn)場急救蛋白生產(chǎn)），凍干無細胞蛋白表達技術(shù)CFPS試劑可在無冷鏈條件下即時合成，其“按需生產(chǎn)”特性大幅降低倉儲物流成本。這些場景下，無細胞蛋白表達技術(shù)CFPS的技術(shù)獨特性使其成為高性價比解決方案。??兔網(wǎng)織紅細胞裂解物??（RRL）和??小麥胚芽裂解物??（WGE）是兩類常見真核平臺,用于體外蛋白表達.融合蛋白表達條件篩選

傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)表達純化流程極其依賴人工操作,并且往往需要幾周或者幾個月的時間.無細胞蛋白表達的興起可將這一時間縮短至十幾個小時，但是仍需要現(xiàn)進行表達載體的制備,體外擴增和高通量蛋白表達然后再進行篩選等多步操作。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)量檢測和無細胞蛋白合成，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)融合標簽定制DNA構(gòu)建體以優(yōu)化表達，然后將表達載體裝載到機器上，該系統(tǒng)就會通過自動化構(gòu)建篩選（可同時篩24種DNA構(gòu)建體x8種無細胞混合物=192種獨特表達條件），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到可用于分析檢測的蛋白質(zhì)只需要48小時。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.293f細胞蛋白表達陽性添加0.5mM PMSF將 ??體外表達蛋白的降解率??從45%壓制至<5%。

20世紀90年代后，隨著分子生物學和合成生物學的進步，無細胞蛋白表達技術(shù)技術(shù)迎來突破。研究者通過優(yōu)化裂解物制備（如敲除大腸桿菌核酸酶）、開發(fā)能量再生系統(tǒng)（如Phosphoenolpyruvic acid，PEP循環(huán)），明顯提升蛋白產(chǎn)量和反應(yīng)時長。2000年代初，連續(xù)交換式反應(yīng)體系（CECF）的出現(xiàn)解決了底物耗盡問題，使反應(yīng)時間延長至24小時以上，產(chǎn)量達毫克級，為工業(yè)化鋪平道路。此階段，無細胞蛋白表達技術(shù)開始應(yīng)用于毒性蛋白合成和抗體片段生產(chǎn)，但成本仍較高。

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(zhuǎn)化為功能蛋白質(zhì)的技術(shù)。與傳統(tǒng)細胞依賴的系統(tǒng)不同，該技術(shù)完全避開了細胞膜屏障和基因復(fù)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(nèi)完成，其速度優(yōu)勢大幅加速了蛋白質(zhì)研究進程。無細胞蛋白表達系統(tǒng)的重點在于重構(gòu)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(wǎng)織紅細胞裂解物中的真核翻譯因子，以實現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達。芯片級體外蛋白表達??體現(xiàn)較前沿的進展。

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。每一次體外蛋白表達的反應(yīng)液微光，都在照亮人類準確操控生命分子的前沿征途。無細胞蛋白表達的優(yōu)勢

例如HIV蛋白酶在通過體外蛋白表達后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內(nèi)。融合蛋白表達條件篩選

eProtein Discovery系統(tǒng)：一種將無細胞蛋白合成與數(shù)字微流控相結(jié)合的快速蛋白質(zhì)原型系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)表達純化流程十分依賴人工操作，并且往往需要幾周甚至更久。無細胞蛋白表達的興起可將這一時間縮短至十幾個小時，但是仍需要現(xiàn)進行表達載體的制備，體外擴增和高通量蛋白表達然后再進行篩選等多步操作。Nuclera將這些復(fù)雜的流程集成到eProtein Discovery系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用基于數(shù)字微流控的智能卡盒、無細胞蛋白質(zhì)合成和熒光蛋白檢測技術(shù)，使研究人員更容易大規(guī)模獲取高質(zhì)量蛋白質(zhì)。 融合蛋白表達條件篩選