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)，直接將遺傳信息轉化為功能蛋白質的技術。與傳統(tǒng)細胞依賴的系統(tǒng)不同，該技術完全避開了細胞膜屏障和基因復制過程，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小時內完成，其速度優(yōu)勢大幅加速了蛋白質研究進程。無細胞蛋白表達系統(tǒng)的重點在于重構翻譯機器，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。合成生物學利用體外蛋白表達構造??無細胞代謝網絡??。目的蛋白表達流程

B淋巴細胞抗原CD19是一種跨膜糖蛋白，為B細胞惡性zhong Liu生物標志物、CAR-T等療法理想靶點，包含單個跨膜螺旋（292-313）、天然信號肽（1-20）、胞外N端結構域（ECD）和胞內C端結構域（ICD）。其ECD有兩個通過二硫鍵連接的免疫球蛋白樣C2型結構域，ICD有多個無序區(qū)域。生產CD19，尤其是ECD對開發(fā)新的B細胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素來有“難表達”的特點，會導致表達滴度低、蛋白質錯誤折疊和聚集，阻礙了對細胞表面分子的詳細分子研究。在本應用中，我們利用eProteinDiscovery系統(tǒng)的可溶性標簽選擇功能和無細胞混合物，在24小時內篩選了192種表達條件，優(yōu)化了可溶性CD19蛋白的生產（如圖1所示）。我們成功表達并純化了全長CD19、ECD和ICD。篩選完成后，在24小時內將適合條件進行放大，可生產微克級的蛋白質，從而實現(xiàn)了Zhi liao研究所需復雜蛋白質的提效生產。本應用為表達其他具有跨膜結構域、二硫鍵和高度無序區(qū)域的“難表達”蛋白質提供了參考。昆蟲蛋白表達原理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??的化學多樣性。

提升體外蛋白表達效能的關鍵技術路徑包括：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： 添加脂質納米盤（Nanodiscs）提供類膜環(huán)境，促進跨膜結構域正確折疊；高通量篩選適配： 微流控芯片實現(xiàn)萬級反應并行運行，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向 更高效率、更低成本、更廣適用性演進。

通過同步測試不同CD19蛋白構建序列、可溶性標簽及蛋白表達參數(shù)，eProteinDiscovery可在24小時內快速確定合適的蛋白表達條件，并在48小時內獲得目標蛋白。這一能力使研究人員能夠快速開展蛋白靶點鑒定及疾病機制相關蛋白的驗證工作。該系統(tǒng)整合數(shù)字微流控技術、蛋白質質量分析及無細胞蛋白合成技術，即使對于Zui難表達的蛋白質也能實現(xiàn)快速制備，從而大幅簡化了Zhi liao性研究與開發(fā)的流程。KEY英國Nuclera公司由劍橋大學的博士生們于2013年創(chuàng)立。在撰寫論文期間，他們發(fā)現(xiàn)蛋白質難以獲取的問題是生物學領域的重要障礙和瓶頸。他們著手解決蛋白質難以獲取的問題，以期改善人類健康狀況。公司的愿景是打造出從DNA到蛋白質的原型設計系統(tǒng)，以減少在藥物發(fā)現(xiàn)計劃中獲得靶蛋白的時間和障礙。芯片級體外蛋白表達平臺在個性化醫(yī)療中尤為關鍵，能夠為cancer患者快速篩選驅動突變的體外蛋白表達產物。

將體外蛋白表達推向規(guī)?；a需解決三大he xin瓶頸：裂解物制備標準化問題：不同批次細胞破碎效率差異導致核酸酶/蛋白酶殘留量波動（CV>15%），造成翻譯活性離散度超20%。能量再生持續(xù)性不足：即使采用多酶耦聯(lián)再生系統(tǒng)（如pyruvate kinase,PK-肌激酶級聯(lián)），ATP濃度常在反應啟動6小時后衰減至閾值（<1 mM）以下，大幅限制長時程蛋白表達效率。產物濃度天花板效應：受限于核糖體組裝速率（約10個核糖體/分鐘/條mRNA），當前比較高產量只達5-8 g/L，較CHO細胞灌注培養(yǎng)系統(tǒng)（>10 g/L）仍有明顯差距。為突破這些限制，前沿策略聚焦于 工程化裂解物開發(fā)—通過CRISPR敲除宿主核酸酶基因（如RNase E）并將關鍵翻譯因子過表達100倍以上，使體外蛋白表達系統(tǒng)的批間穩(wěn)定性提升至CV<5%，ATP維持時間延長至24小時以上，明顯提升了工業(yè)轉化潛力。隨著工程化裂解物與自動化設備的進步，體外蛋白表達技術將成為生命科學工具箱中的常備利器。293t蛋白蛋白表達

大腸桿菌體外蛋白表達的單次反應成本（$1.5）只為哺乳細胞系統(tǒng)的 1/50。目的蛋白表達流程

相較于原核表達體系，真核體外蛋白表達的he xin優(yōu)勢在于具備部分翻譯后修飾能力，但 關鍵修飾途徑仍存在明顯局限。在缺乏內質網-高爾基體轉運機制的情況下，糖基化修飾通常終止于高甘露糖型（Man?GlcNAc?）階段，無法合成復雜雙觸角唾液酸化糖鏈。這一缺陷直接影響zhi liao性抗體的抗體依賴性細胞介導的細胞毒性（ADCC）效應。同時，裂解物中二硫鍵異構酶（PDI）與分子伴侶（如BiP）的活性不足，導致含多對二硫鍵的蛋白錯誤折疊率升高40%-60%。為克服此瓶頸，需在裂解物中外源性添加重組糖基轉移酶復合體（如GnT-I/GnT-II/FUT8）以重構修飾途徑，并通過優(yōu)化氧化還原電勢（Eh=-230 mV至-280 mV）改善二硫鍵形成效率。體外蛋白表達的這些修飾缺陷是目前制約其應用于功能性糖蛋白生產的主要因素。目的蛋白表達流程