當研究凋亡相關蛋白(如 caspase-3)或細菌du su(如白喉du su A 鏈)時,傳統(tǒng)細胞表達系統(tǒng)常因蛋白毒性導致宿主死亡。體外蛋白表達技術通過無細胞環(huán)境規(guī)避了這一限制:在兔網(wǎng)織紅細胞裂解物中添加目標基因 mRNA,4 小時內(nèi)即可獲得功能性毒性蛋白,且產(chǎn)率高達 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團隊利用此技術成功表達出全長 63 kDa 的 Bax 蛋白,并證實其在線粒體膜穿孔中的構象變化。該方案不只避免了細胞毒性問題,還通過 實時熒光監(jiān)測(如 FITC 標記)量化了蛋白折疊效率,為靶向凋亡通路的抗cancer藥物篩選提供了新工具。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)。功能蛋白表達的優(yōu)勢
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(wǎng)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(zhuǎn)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(zhì)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,如想更多關于該產(chǎn)品的信息,歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物!桿狀病毒蛋白表達流程使用T7 RNA聚合酶合成加帽mRNA,可提升??真核體外蛋白表達??效率。
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。
無細胞蛋白表達技術的市場潛力主要來自三大驅(qū)動力:藥物研發(fā)效率提升、合成生物學產(chǎn)業(yè)化和診斷技術革新。制藥公司采用無細胞蛋白表達技術加速抗體和CAR-T細胞zhi liao藥物的開發(fā),將傳統(tǒng)數(shù)月的過程縮短至數(shù)周。在合成生物學中,無細胞蛋白表達技術被用于規(guī)?;a(chǎn)人工酶和生物材料(如蜘蛛絲蛋白),推動可持續(xù)制造。此外,基于無細胞蛋白表達技術的便攜式診斷系統(tǒng)(如病原體檢測、ai癥早篩)因其低成本和快速響應能力,在POCT(即時檢驗)市場嶄露頭角。隨著自動化微流控設備的普及,無細胞蛋白表達技術正從實驗室走向GMP生產(chǎn),滿足工業(yè)級蛋白制造的需求。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%。
前沿高校和研究所是無細胞蛋白表達技術創(chuàng)新的源頭。哈佛大學George Church實驗室開發(fā)的"全基因組裂解物"技術,明顯提升了復雜途徑的體外重構能力;東京大學則通過微流控-無細胞蛋白表達技術聯(lián)用系統(tǒng),推動單細胞蛋白組學研究。值得注意的是,合成生物學公司(如Ginkgo Bioworks、Zymergen)正將無細胞蛋白表達技術納入其自動化生物鑄造平臺,用于高通量酶進化。而傳統(tǒng)發(fā)酵技術公司(如DSM)也開始布局無細胞蛋白表達技術,探索其在可持續(xù)蛋白(如無細胞合成乳清蛋白)中的應用,預示著技術融合的跨界競爭趨勢。添加0.5mM PMSF將 ??體外表達蛋白的降解率??從45%壓制至<5%。桿狀病毒蛋白表達流程
通過??優(yōu)化蛋白表達條件??,我們獲得了更高產(chǎn)量的酶。功能蛋白表達的優(yōu)勢
無細胞蛋白表達技術在快速響應公共衛(wèi)生事件和jun shi應用中表現(xiàn)突出。例如,在COVID-19期間,無細胞蛋白表達技術被用于數(shù)小時內(nèi)合成病毒抗原,加速疫苗候選物篩選。美國DARPA支持的“生物制造”項目利用凍干無細胞蛋白表達技術試劑,在戰(zhàn)場環(huán)境中按需生產(chǎn)止血蛋白或抗體,實現(xiàn)便攜式、無需冷鏈的即時生物制造。這類場景凸顯了無細胞蛋白表達技術在時效性和環(huán)境適應性上的不可替代性。根據(jù)應用需求,無細胞蛋白表達技術可整合非天然氨基酸(通過修飾tRNA)、脂質(zhì)體(用于膜蛋白表達)或翻譯后修飾酶(如糖基化酶)。功能蛋白表達的優(yōu)勢