提升體外蛋白表達效能的關(guān)鍵技術(shù)路徑包括：裂解物工程化改造： CRISPR敲除核酸酶/蛋白酶基因增強穩(wěn)定性，或過表達分子伴侶（如GroEL/ES）改善折疊；能量再生系統(tǒng)強化： 耦合葡萄糖脫氫酶與ATP合成酶模塊，實現(xiàn)ATP持續(xù)再生；膜蛋白表達突破： 添加脂質(zhì)納米盤（Nanodiscs）提供類膜環(huán)境，促進跨膜結(jié)構(gòu)域正確折疊；高通量篩選適配： 微流控芯片實現(xiàn)萬級反應(yīng)并行運行，單次篩選規(guī)模超越傳統(tǒng)細胞方法。這些策略共同推動該技術(shù)向 更高效率、更低成本、更廣適用性 演進。芯片級體外蛋白表達平臺在個性化醫(yī)療中尤為關(guān)鍵，能夠為cancer患者快速篩選驅(qū)動突變的體外蛋白表達產(chǎn)物。常用蛋白表達陽性

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(biāo)準(zhǔn)衡量。例如：① 非天然氨基酸標(biāo)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。桿狀病毒蛋白表達難點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(xué)多樣性。

20世紀(jì)90年代后，隨著分子生物學(xué)和合成生物學(xué)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。

根據(jù)模板設(shè)計，無細胞蛋白表達技術(shù)可分為線性模板和環(huán)狀模板表達。線性模板（如PCR產(chǎn)物）無需克隆，快速啟動表達，但穩(wěn)定性差、產(chǎn)量較低，適用于Batch體系的快速篩選。環(huán)狀模板（如質(zhì)粒DNA）通過克隆技術(shù)制備，穩(wěn)定性高且產(chǎn)量提升，適合CECF體系的大規(guī)模生產(chǎn)（如抗體或抗原制備）。此外，結(jié)合T7/T3/SP6啟動子的偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄/翻譯系統(tǒng)（如TNT系統(tǒng)）可直接以DNA為模板，簡化流程并提高效率。以上形式可根據(jù)需求組合使用，例如原核CECF系統(tǒng)+環(huán)狀模板用于工業(yè)化生產(chǎn)，或真核Batch系統(tǒng)+線性模板用于快速篩選。添加 0.1% Triton X-100 使疏水蛋白的體外表達可溶率達90%??。

體外蛋白表達系統(tǒng)的本質(zhì)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(gòu)蛋白質(zhì)合成機器。在ATP/GTP供能條件下，核糖體通過mRNA模板介導(dǎo)的密碼子-反密碼子配對，驅(qū)動氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過程的關(guān)鍵調(diào)控點包括：翻譯起始效率（受5'UTR二級結(jié)構(gòu)及Shine-Dalgarno序列影響）、延伸速率（依賴EF-Tu/G因子濃度）和終止準(zhǔn)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(yīng)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(xué)。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%。定制蛋白表達量

大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產(chǎn)量,限制造就完整功能的真**白表達。常用蛋白表達陽性

從裂解物來源看，無細胞蛋白表達技術(shù)主要分為原核系統(tǒng)和真核系統(tǒng)。原核系統(tǒng)以大腸桿菌S30提取物為主，成本低、耐受性強，適合表達簡單蛋白或引入非天然氨基酸，但缺乏復(fù)雜翻譯后修飾能力。真核系統(tǒng)包括兔網(wǎng)織紅細胞裂解物（RRL）和麥胚提取物（WGE），前者適合哺乳動物蛋白的高效表達，后者對植物和病毒蛋白更優(yōu)，且能處理長鏈RNA，但成本較高。此外，昆蟲細胞提取物系統(tǒng)近年也用于復(fù)雜蛋白的修飾研究。英國nuclera 高通量微流控蛋白表達篩選系統(tǒng)可助力支持無細胞蛋白表達技術(shù)，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！常用蛋白表達陽性