無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）的操作確實比傳統(tǒng)細胞表達更繁瑣，主要體現(xiàn)在多步驟的體系配置上。實驗者需要精確配制包含裂解物、能量混合物（ATP/GTP）、氨基酸、輔因子（Mg2?、K?）和DNA/mRNA模板的復雜反應體系，且各組分濃度需嚴格優(yōu)化（如Mg2?濃度波動1 mM就可能導致表達失敗）。此外，裂解物制備本身涉及細胞培養(yǎng)、破碎、離心透析等步驟，若直接購買商業(yè)化裂解物（如RTS 100），單次成本可能高達數(shù)百元。對于新手而言，反應條件的微調(diào)（pH、溫度、氧化還原環(huán)境）往往需要多次試錯，增加了實驗難度。合成生物學利用體外蛋白表達構(gòu)造??無細胞代謝網(wǎng)絡??。定制蛋白表達下調(diào)

凋亡因子（如caspase-3）、細菌du su（如白喉du suA鏈）在細胞內(nèi)表達會引發(fā)宿主死亡。體外蛋白表達系統(tǒng)通過無細胞環(huán)境規(guī)避毒性效應：在添加線粒體膜組分的兔網(wǎng)織紅細胞裂解物中，全長BAX蛋白（21kDa）表達量達0.8mg/mL，并成功模擬其介導的細胞色素C釋放過程（CellDeathDiffer.,2024）。該系統(tǒng)還可表達HIV蛋白酶（活性>95%），用于高通量抑制劑篩選，加速抗病毒藥物開發(fā)。真he dan白的糖基化修飾（如抗體Fc段N-糖）是zhi liao性蛋白功能的he xin。傳統(tǒng)體外蛋白表達因缺乏高爾基體，糖基化效率不足5%。突破性方案是在HEK293裂解物中添加重組糖基轉(zhuǎn)移酶復合體（含GnT-I、GnT-II、FUT8），使曲妥珠單抗的復雜雙觸角糖型比例升至80%（Science,2022）。結(jié)合UDP-GlcNAc底物連續(xù)補料，糖均一性（G0F:G2F=1:1.2）媲美哺乳細胞表達，為下一代抗體偶聯(lián)藥物（ADC）提供新生產(chǎn)路徑。常見蛋白表達下調(diào)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。

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(jié)構(gòu)域（ECD）和胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)域（ICD）。其ECD有兩個通過二硫鍵連接的免疫球蛋白樣C2型結(jié)構(gòu)域，ICD有多個無序區(qū)域。生產(chǎn)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(zhì)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(nèi)篩選了192種表達條件，優(yōu)化了可溶性CD19蛋白的生產(chǎn)（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(nèi)將適合條件進行放大，可生產(chǎn)微克級的蛋白質(zhì)，從而實現(xiàn)了Zhi liao研究所需復雜蛋白質(zhì)的提效生產(chǎn)。本應用為表達其他具有跨膜結(jié)構(gòu)域、二硫鍵和高度無序區(qū)域的“難表達”蛋白質(zhì)提供了參考。

eProteinDiscovery系統(tǒng)：一種將無細胞蛋白合成與數(shù)字微流控相結(jié)合的快速蛋白質(zhì)原型系統(tǒng)傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)表達純化流程十分依賴人工操作，并且往往需要幾周甚至更久。無細胞蛋白表達的興起可將這一時間縮短至十幾個小時，但是仍需要現(xiàn)進行表達載體的制備，體外擴增和高通量蛋白表達然后再進行篩選等多步操作。Nuclera將這些復雜的流程ji he到eProteinDiscovery系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用基于數(shù)字微流控的智能卡盒、無細胞蛋白質(zhì)合成和熒光蛋白檢測技術(shù)，使研究人員更容易大規(guī)模獲取高質(zhì)量蛋白質(zhì)。只要將目標蛋白質(zhì)的序列輸入配套軟件，就可以利用預設融合標簽定制DNA構(gòu)建體以優(yōu)化表達，然后將表達載體裝載到機器上，該系統(tǒng)就會通過自動化構(gòu)建篩選（可同時篩24種構(gòu)建體x8種無細胞混合物=192種表達條件），在48小時內(nèi)，根據(jù)可溶性、可純化性和純化產(chǎn)量數(shù)據(jù)確定Zui Jia表達條件，然后放大規(guī)模并獲取蛋白質(zhì)以供下游應用。該工作流程jin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。科學家用細菌??進行蛋白表達??來生產(chǎn)胰島素。

無細胞蛋白表達技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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）。通過體外蛋白表達，只需在裂解物中添加對應mRNA，就能在裂解物中安全實現(xiàn)dusu合成及機制研究。定制蛋白表達下調(diào)

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%。定制蛋白表達下調(diào)

體外蛋白表達正在推動 無細胞合成生物學 的范式革新：人工代謝通路重構(gòu)： 在裂解物中整合多酶級聯(lián)反應，利用底物通道效應實現(xiàn)小分子化合物的高轉(zhuǎn)化率合成；基因振蕩器開發(fā)： 通過T7 RNA聚合酶的自調(diào)控表達構(gòu)建分子鐘，模擬細胞周期節(jié)律；仿生細胞構(gòu)建： 將蛋白表達系統(tǒng)封裝于脂質(zhì)體內(nèi)，結(jié)合ATP再生模塊（如bing tong酸激酶系統(tǒng)）創(chuàng)建可自我維持的人工細胞雛形。這種 “設計-構(gòu)建-測試”閉環(huán) 明顯加速了生物系統(tǒng)的理性設計進程。nuclera 高通量微流控蛋白表達篩選系統(tǒng)可助力體外蛋白表達，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！定制蛋白表達下調(diào)