無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的模板可以是線性DNA（如PCR產(chǎn)物）或環(huán)狀質(zhì)粒，需包含啟動(dòng)子（如T7/T3/SP6）和核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）以啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄翻譯。為提升效率，系統(tǒng)可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進(jìn)二硫鍵形成。部分高級(jí)系統(tǒng)（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實(shí)現(xiàn)更高可控性，但成本較高。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性。例如，通過(guò)定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確將熒光標(biāo)記或交聯(lián)基團(tuán)嵌入目標(biāo)蛋白，用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)或藥物偶聯(lián)開(kāi)發(fā)。更前沿的應(yīng)用是人工生命體系的構(gòu)建，如利用無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)合成噬菌體或人工細(xì)胞雛形，結(jié)合微流控技術(shù)模擬細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，為合成生物學(xué)研究提供可控的簡(jiǎn)化模型。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)。iptg誘導(dǎo)蛋白表達(dá)條件篩選

在合成生物學(xué)中，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)是構(gòu)建人工細(xì)胞和基因電路的he xin工具。研究人員通過(guò)混合不同物種（如大腸桿菌+哺乳動(dòng)物）的裂解物，創(chuàng)建雜合翻譯系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)跨物種蛋白的協(xié)同合成。該技術(shù)還支持無(wú)細(xì)胞基因線路的快速原型設(shè)計(jì)，例如將CRISPR組分與報(bào)告蛋白共表達(dá)，用于體外診斷工具的開(kāi)發(fā)。由于擺脫了細(xì)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(dòng)人工合成生命和生物-非生物雜合系統(tǒng)的前沿研究。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可快速表達(dá)膜蛋白（如GPCRs、離子通道）用于藥物靶點(diǎn)研究，解決了此類蛋白在細(xì)胞內(nèi)難表達(dá)、易沉淀的問(wèn)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(chǎng)檢測(cè)病原體核酸（如埃博拉病毒），實(shí)現(xiàn)“樣本進(jìn)-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(kù)篩選或個(gè)性化cancer疫苗開(kāi)發(fā)。分泌蛋白表達(dá)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。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在快速響應(yīng)公共衛(wèi)生事件和jun shi應(yīng)用中表現(xiàn)突出。例如，在COVID-19期間，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)被用于數(shù)小時(shí)內(nèi)合成病毒抗原，加速疫苗候選物篩選。美國(guó)DARPA支持的“生物制造”項(xiàng)目利用凍干無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)試劑，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中按需生產(chǎn)止血蛋白或抗體，實(shí)現(xiàn)便攜式、無(wú)需冷鏈的即時(shí)生物制造。這類場(chǎng)景凸顯了無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在時(shí)效性和環(huán)境適應(yīng)性上的不可替代性。根據(jù)應(yīng)用需求，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可整合非天然氨基酸（通過(guò)修飾tRNA）、脂質(zhì)體（用于膜蛋白表達(dá)）或翻譯后修飾酶（如糖基化酶）。

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。大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級(jí)??蛋白產(chǎn)量，但缺乏糖基化修飾能力。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的市場(chǎng)潛力主要來(lái)自三大驅(qū)動(dòng)力：藥物研發(fā)效率提升、合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化和診斷技術(shù)革新。制藥公司采用無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)加速抗體和CAR-T細(xì)胞zhi liao藥物的開(kāi)發(fā)，將傳統(tǒng)數(shù)月的過(guò)程縮短至數(shù)周。在合成生物學(xué)中，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)被用于規(guī)模化生產(chǎn)人工酶和生物材料（如蜘蛛絲蛋白），推動(dòng)可持續(xù)制造。此外，基于無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的便攜式診斷系統(tǒng)（如病原體檢測(cè)、ai癥早篩）因其低成本和快速響應(yīng)能力，在POCT（即時(shí)檢驗(yàn)）市場(chǎng)嶄露頭角。隨著自動(dòng)化微流控設(shè)備的普及，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)正從實(shí)驗(yàn)室走向GMP生產(chǎn)，滿足工業(yè)級(jí)蛋白制造的需求。??scFv 抗體片段的體外蛋白表達(dá)??在4小時(shí)內(nèi)完成，較傳統(tǒng)CHO 細(xì)胞系統(tǒng)提速 10 倍。融合蛋白表達(dá)難點(diǎn)

添加0.5mM PMSF將 ??體外表達(dá)蛋白的降解率??從45%壓制至<5%。iptg誘導(dǎo)蛋白表達(dá)條件篩選

當(dāng)研究凋亡相關(guān)蛋白（如 caspase-3）或細(xì)菌du su（如白喉du su A 鏈）時(shí)，傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)常因蛋白毒性導(dǎo)致宿主死亡。體外蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)無(wú)細(xì)胞環(huán)境規(guī)避了這一限制：在兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中添加目標(biāo)基因 mRNA，4 小時(shí)內(nèi)即可獲得功能性毒性蛋白，且產(chǎn)率高達(dá) 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團(tuán)隊(duì)利用此技術(shù)成功表達(dá)出全長(zhǎng) 63 kDa 的 Bax 蛋白，并證實(shí)其在線粒體膜穿孔中的構(gòu)象變化。該方案不只避免了細(xì)胞毒性問(wèn)題，還通過(guò) 實(shí)時(shí)熒光監(jiān)測(cè)（如 FITC 標(biāo)記）量化了蛋白折疊效率，為靶向凋亡通路的抗cancer藥物篩選提供了新工具。iptg誘導(dǎo)蛋白表達(dá)條件篩選