無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些技術(shù)短板。由于反應(yīng)體系缺乏活細(xì)胞的代謝調(diào)控機(jī)制，能量供應(yīng)和原料再生效率較低，導(dǎo)致反應(yīng)持續(xù)時(shí)間較短（通常只維持4-6小時(shí)），限制了蛋白產(chǎn)量的進(jìn)一步提升。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)反應(yīng)環(huán)境高度敏感，溫度波動(dòng)、氧化應(yīng)激或污染物都可能影響蛋白合成效率，這對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的穩(wěn)定性提出了更高要求。此外，雖然CFPS能表達(dá)傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白，但對(duì)于需要復(fù)雜折疊或多亞基組裝的蛋白（如某些膜蛋白或超大分子復(fù)合物），其成功率仍然有限。無(wú)細(xì)胞體系的開(kāi)放性??允許直接添加非天然氨基酸，擴(kuò)展了??體外表達(dá)蛋白??的化學(xué)多樣性。GPCR蛋白表達(dá)的優(yōu)勢(shì)

英國(guó)nuclera公司由劍橋大學(xué)的博士生們于2013年創(chuàng)立。在撰寫論文期間，他們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)難以獲取的問(wèn)題是生物學(xué)領(lǐng)域的首要障礙和關(guān)鍵瓶頸。他們著手解決蛋白質(zhì)難以獲取的問(wèn)題，以期改善人類健康狀況。這一驅(qū)動(dòng)力符合公司的愿景，即打造出一個(gè)從構(gòu)思到蛋白質(zhì)的原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以減少在藥物發(fā)現(xiàn)計(jì)劃中獲得靶蛋白的時(shí)間和障礙。nuclera eProtein Discovery系統(tǒng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：一臺(tái)系統(tǒng)，多重優(yōu)勢(shì)；一臺(tái)系統(tǒng)，多重應(yīng)用：?未知的藥物靶點(diǎn)?難以表達(dá)的蛋白質(zhì)?AI/ML蛋白質(zhì)工程?從頭設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)?可開(kāi)發(fā)性評(píng)估?氨基酸標(biāo)記；已生產(chǎn)超過(guò)1000種蛋白質(zhì)。上海曼博生物是nuclera的官方代理商，歡迎咨詢！誘導(dǎo)蛋白表達(dá)異常大腸桿菌裂解物??是經(jīng)濟(jì)的體外蛋白表達(dá)平臺(tái)。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）雖然具有快速、靈活等優(yōu)勢(shì)，但仍存在一些關(guān)鍵缺點(diǎn)。首先，成本較高，商業(yè)化裂解物、能量試劑和酶的價(jià)格昂貴，小規(guī)模實(shí)驗(yàn)單次反應(yīng)成本可達(dá)數(shù)百元，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)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(shí)內(nèi)終止，產(chǎn)量（0.1-1 mg/mL）遠(yuǎn)低于細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)（如大腸桿菌可達(dá)10 mg/mL以上）。此外，復(fù)雜蛋白表達(dá)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(qiáng)度等）需精細(xì)調(diào)控，且線性DNA模板易降解，增加了實(shí)驗(yàn)難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應(yīng)用，在超長(zhǎng)蛋白（>100 kDa）表達(dá)和工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來(lái)需通過(guò)開(kāi)發(fā)低成本試劑、優(yōu)化能量再生系統(tǒng)和自動(dòng)化工藝來(lái)突破這些瓶頸。

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的本質(zhì)是利用 純化的細(xì)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(jī)器。在ATP/GTP供能條件下，核糖體通過(guò)mRNA模板介導(dǎo)的密碼子-反密碼子配對(duì)，驅(qū)動(dòng)氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過(guò)程的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)包括：翻譯起始效率（受5'UTR二級(jí)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(dá)的高效性源于其 去除了細(xì)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(dòng)力學(xué)。大腸桿菌裂解物添加含T7啟動(dòng)子的線性DNA后，裂解物中的??內(nèi)源性RNA聚合酶??即可轉(zhuǎn)錄mRNA。

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的hexin在于重構(gòu)細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中的核糖體翻譯機(jī)器。該過(guò)程起始于mRNA5'端與核糖體小亞基的結(jié)合，由起始因子（如原核IF1/2/3或真核eIF4F復(fù)合物）介導(dǎo)形成翻譯起始復(fù)合物。肽鏈延伸階段依賴延伸因子EF-Tu準(zhǔn)確運(yùn)送氨酰tRNA至A位點(diǎn)，并通過(guò)其GTP水解活性確保密碼子-反密碼子配對(duì)的保真度。體外蛋白表達(dá)的高效率源于反應(yīng)底物濃度的可調(diào)控性—在去除了細(xì)胞膜屏障的無(wú)細(xì)胞環(huán)境中，ATP濃度可提升至生理水平的5-8倍（4-6mM），使核糖體延伸速率高達(dá)21個(gè)氨基酸/秒。同時(shí)，磷酸肌酸（PCr）-肌酸激酶（CK）組成的能量再生系統(tǒng)持續(xù)將ADP還原為ATP，維持反應(yīng)體系48小時(shí)以上的持續(xù)活性，大幅提升了目標(biāo)產(chǎn)物的積累效率。通過(guò)微型化??體外蛋白表達(dá)??系統(tǒng)，24小時(shí)內(nèi)測(cè)試了50種激酶抑制劑的效價(jià)。外源蛋白表達(dá)上調(diào)

添加0.5 mM鎂離子可優(yōu)化??小麥胚芽體外蛋白表達(dá)??的翻譯起始效率。GPCR蛋白表達(dá)的優(yōu)勢(shì)

只要將目標(biāo)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(biāo)簽定制DNA構(gòu)建體以優(yōu)化表達(dá)，然后將表達(dá)載體裝載到機(jī)器上，該系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)自動(dòng)化構(gòu)建篩選（可同時(shí)篩24種構(gòu)建體 x 8種無(wú)細(xì)胞混合物=192種表達(dá)條件），在48小時(shí)內(nèi)，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(dá)條件，然后放大規(guī)模并獲取蛋白質(zhì)以供下游應(yīng)用。該工作流程只需3步，可生產(chǎn)18kDa~300kDa的蛋白質(zhì)，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。nucleraeProteinDiscovery工作流程：1.設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備：將蛋白質(zhì)序列輸入軟件，利用預(yù)設(shè)融合標(biāo)簽設(shè)計(jì)構(gòu)建體，并使用eGene制備試劑盒制備表達(dá)構(gòu)建體。2.表達(dá)與純化：自動(dòng)化篩選192種表達(dá)條件以評(píng)估可溶性產(chǎn)量，再?gòu)钠渲羞x取30種進(jìn)行strep-tag可純化性評(píng)估，依據(jù)篩選數(shù)據(jù)確定Zui優(yōu)eGene/無(wú)細(xì)胞混合組合，整個(gè)過(guò)程快速效率高，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。3.放大與應(yīng)用：基于篩選結(jié)果對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行微克至毫克級(jí)別的放大生產(chǎn)，Zui終獲得高純度蛋白質(zhì)，滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。GPCR蛋白表達(dá)的優(yōu)勢(shì)