無細胞蛋白表達技術（CFPS）正在徹底改變合成生物學、生物技術和藥物開發(fā)等關鍵領域，它通過突破傳統(tǒng)大腸桿菌（E. coli）等細胞表達系統(tǒng)的固有局限，實現(xiàn)了三大he xin優(yōu)勢：更快的生產(chǎn)周期更靈活的合成條件調控；可表達毒性蛋白或體內難以合成的復雜結構蛋白；這使得CFPS成為zhi liao性蛋白開發(fā)、功能基因組學和高通量蛋白質篩選不可或缺的工具。由于擺脫了細胞代謝的束縛，CFPS可實時優(yōu)化反應條件，從而明顯提升蛋白產(chǎn)量并優(yōu)化生產(chǎn)效率。體外蛋白表達作為??現(xiàn)代分子生物學的重要工具之一??。目的蛋白表達修飾

tumor靶向zhi liao需快速檢測患者特異性生物標志物?；隗w外蛋白表達的液態(tài)活檢-功能驗證平臺將ctDNA突變轉化為功能蛋白：從患者血漿提取BRAFV600E突變DNA，加入兔網(wǎng)織紅細胞裂解物表達突變激酶，再通過微流控芯片檢測其與抑制劑Dabrafenib的結合力（Clin.CancerRes.,2023）。全程只需8小時（傳統(tǒng)細胞驗證需2周），指導黑色素瘤準確用藥的準確率達92%。該技術正拓展至EGFR/ALK融合蛋白檢測，推動個體化醫(yī)療進程。英國nuclera蛋白質打印機可鋪助體外蛋白表達，更多產(chǎn)品信息，可咨詢上海曼博生物！ 哺乳動物蛋白表達從模板添加到獲得功能性體外表達蛋白只需6小時??，而HEK293系統(tǒng)需兩周。

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技術迎來突破。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)量和反應時長。2000年代初，連續(xù)交換式反應體系（CECF）的出現(xiàn)解決了底物耗盡問題，使反應時間延長至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開始應用于毒性蛋白合成和抗體片段生產(chǎn)，但成本仍較高。

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二級結構（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；調控層：添加核糖核酸開關（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)卡結構折疊終止反應。這種分層控制使體外蛋白表達能夠驅動人工設計基因回路的構建，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分鐘的蛋白質濃度波動，為構建人工細胞提供可控的時空動態(tài)基礎。體外蛋白表達技術使??致死性靶點研究成為可能??，為新藥開發(fā)提供關鍵依據(jù)。

無細胞蛋白表達技術（CFPS）在毒性蛋白和膜蛋白的合成中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。傳統(tǒng)細胞系統(tǒng)難以表達具有細胞毒性的蛋白（如溶菌酶、限制性內切酶），而無細胞蛋白表達技術通過體外開放環(huán)境規(guī)避了宿主細胞存活限制，可高效合成活性毒蛋白，例如珀羅汀生物成功表達的BamHI內切酶，其Minimun活性濃度只需0.001μg/μL。此外，無細胞蛋白表達技術通過添加表面活性劑或脂質體模擬膜環(huán)境，實現(xiàn)了全長跨膜蛋白（如CLDN18.1）的可溶表達，純度達80%以上，為藥物靶點開發(fā)提供了關鍵工具。添加納米盤磷脂的 ?GPCR體外蛋白表達??系統(tǒng)，功能性受體得率提升至80%。誘導蛋白表達常見問題

添加 2 mM 鎂離子可使 ??大腸桿菌體外蛋白表達??產(chǎn)量提高 60%。目的蛋白表達修飾

體外蛋白表達技術的重點在于利用細胞裂解物中的生物合成機器（核糖體、tRNA、翻譯因子）在試管中直接合成蛋白質。以大腸桿菌系統(tǒng)為例：首先制備含T7啟動子的線性DNA模板，將其與商業(yè)化裂解物（如RocheRTS100）、能量混合物（ATP/GTP）及20種氨基酸混合，在37℃振蕩反應2-4小時即可完成蛋白表達。整個過程無需細胞培養(yǎng)與基因轉染，速度比傳統(tǒng)方法快10倍以上。例如，COVID19刺突蛋白RBD結構域的體外表達只需6小時，而HEK293細胞系統(tǒng)需5天。該技術的關鍵優(yōu)勢是開放體系的可編程性——可直接添加非天然氨基酸（如Azidohomoalanine）合成定制化蛋白，為藥物偶聯(lián)物開發(fā)提供高效平臺。目的蛋白表達修飾