在合成生物學(xué)中,無細胞蛋白表達技術(shù)是構(gòu)建人工細胞和基因電路的he xin工具。研究人員通過混合不同物種(如大腸桿菌+哺乳動物)的裂解物,創(chuàng)建雜合翻譯系統(tǒng),以實現(xiàn)跨物種蛋白的協(xié)同合成。該技術(shù)還支持無細胞基因線路的快速原型設(shè)計,例如將CRISPR組分與報告蛋白共表達,用于體外診斷工具的開發(fā)。由于擺脫了細胞膜的限制,CFPS可直接整合非生物元件(如合成聚合物或納米材料),推動人工合成生命和生物-非生物雜合系統(tǒng)的前沿研究。無細胞蛋白表達技術(shù)可快速表達膜蛋白(如GPCRs、離子通道)用于藥物靶點研究,解決了此類蛋白在細胞內(nèi)難表達、易沉淀的問題。在診斷領(lǐng)域,基于CFPS的體外轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)被整合到便攜式設(shè)備中,用于現(xiàn)場檢測病原體核酸(如埃博拉病毒),實現(xiàn)“樣本進-結(jié)果出”的快速診斷。此外,該技術(shù)還能合成定制化抗原,用于抗體庫篩選或個性化cancer疫苗開發(fā)。??scFv 抗體片段的體外蛋白表達??在4小時內(nèi)完成,較傳統(tǒng)CHO 細胞系統(tǒng)提速 10 倍。293蛋白表達包涵體
tumor靶向zhi liao需快速檢測患者特異性生物標志物。基于體外蛋白表達的液態(tài)活檢-功能驗證平臺將ctDNA突變轉(zhuǎn)化為功能蛋白:從患者血漿提取BRAFV600E突變DNA,加入兔網(wǎng)織紅細胞裂解物表達突變激酶,再通過微流控芯片檢測其與抑制劑Dabrafenib的結(jié)合力(Clin.CancerRes.,2023)。全程只需8小時(傳統(tǒng)細胞驗證需2周),指導(dǎo)黑色素瘤準確用藥的準確率達92%。該技術(shù)正拓展至EGFR/ALK融合蛋白檢測,推動個體化醫(yī)療進程。英國nuclera蛋白質(zhì)打印機可鋪助體外蛋白表達,更多產(chǎn)品信息,可咨詢上海曼博生物! 膜蛋白表達優(yōu)化大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后,利用其??高密度核糖體??快速啟動蛋白表達。
20世紀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。
體外蛋白表達技術(shù)的重點在于利用細胞裂解物中的生物合成機器(核糖體、tRNA、翻譯因子)在試管中直接合成蛋白質(zhì)。以大腸桿菌系統(tǒng)為例:首先制備含T7啟動子的線性DNA模板,將其與商業(yè)化裂解物(如RocheRTS100)、能量混合物(ATP/GTP)及20種氨基酸混合,在37℃振蕩反應(yīng)2-4小時即可完成蛋白表達。整個過程無需細胞培養(yǎng)與基因轉(zhuǎn)染,速度比傳統(tǒng)方法快10倍以上。例如,COVID19刺突蛋白RBD結(jié)構(gòu)域的體外表達只需6小時,而HEK293細胞系統(tǒng)需5天。該技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢是開放體系的可編程性——可直接添加非天然氨基酸(如Azidohomoalanine)合成定制化蛋白,為藥物偶聯(lián)物開發(fā)提供高效平臺。體外蛋白表達技術(shù)使??致死性靶點研究成為可能??,為新藥開發(fā)提供關(guān)鍵依據(jù)。
無細胞蛋白表達技術(shù)因其操作簡單、周期短,已成為生物教學(xué)的理想工具。學(xué)生可在實驗課中直接觀察綠色熒光蛋白(GFP)的實時合成過程,直觀理解中心法則。在科研中,CFPS被用于研究翻譯調(diào)控機制、核糖體功能等基礎(chǔ)問題,例如通過添加特定抑制劑分析蛋白質(zhì)合成的能量依賴性。從藥物開發(fā)到合成生命,無細胞蛋白表達技術(shù)的應(yīng)用覆蓋了生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生物技術(shù)和基礎(chǔ)研究。其hexin價值在于打破細胞壁壘,實現(xiàn)“按需合成”,未來隨著自動化與微流控技術(shù)的結(jié)合,應(yīng)用場景將進一步擴展。從模板添加到獲得功能性體外表達蛋白只需6小時??,而HEK293系統(tǒng)需兩周。大腸桿菌重組蛋白表達載體
大腸桿菌體外蛋白表達的單次反應(yīng)成本($1.5)只為哺乳細胞系統(tǒng)的 1/50。293蛋白表達包涵體
相較于傳統(tǒng)細胞表達系統(tǒng),體外蛋白表達的he xin優(yōu)勢在于:時間效率ge min性提升: 省略細胞培養(yǎng)與基因整合步驟,目標蛋白可在2-8小時內(nèi)合成;開放體系可編程性: 直接添加非天然氨基酸、同位素標記底物或熒光基團,實現(xiàn)對產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)的準確調(diào)控;毒性蛋白表達可行性: 無細胞環(huán)境避免毒性蛋白導(dǎo)致的宿主死亡,為凋亡因子等特殊分子研究提供可能;微型化兼容性: 反應(yīng)體積可縮小至納升級,適配高通量篩選需求。這些特性使體外蛋白表達成為 功能蛋白快速驗證的推薦平臺,尤其在需平行測試多突變體的場景中具明顯優(yōu)勢。293蛋白表達包涵體