在合成生物學中，無細胞蛋白表達技術是構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，創建雜合翻譯系統，以實現跨物種蛋白的協同合成。該技術還支持無細胞基因線路的快速原型設計，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。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-非生物雜合系統的前沿研究。無細胞蛋白表達技術可快速表達膜蛋白（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難表達、易沉淀的問題。在診斷領域，基于CFPS的體外轉錄-翻譯系統被整合到便攜式設備中，用于現場檢測病原體核酸（如埃博拉病毒），實現“樣本進-結果出”的快速診斷。此外，該技術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。通過灌流式反應器將CHO細胞體外蛋白表達??周期縮短至72小時，單批次產量突破5g/L。融合蛋白表達產業鏈

無細胞蛋白表達技術在藥物研發領域具有明顯優勢，尤其適用于快速生產zhi liao性蛋白、抗體和疫苗抗原。例如，在COVID-19期間，研究人員利用CFPS在幾小時內合成COVID-19刺突蛋白的RBD結構域，大幅加速了疫苗候選分子的篩選和驗證。此外，該技術可高效表達傳統細胞系統難以生產的毒性蛋白（如某些抗ai藥物靶點）或易降解蛋白（如細胞因子），并支持非天然氨基酸插入，為抗體藥物偶聯物（ADCs）的開發提供準確修飾平臺。相比哺乳動物細胞培養（通常需要1-2周），CFPS可在24小時內完成從基因到蛋白的全流程，明顯縮短藥物發現周期。大腸桿菌誘導蛋白表達技術通過微型化??體外蛋白表達??系統，24小時內測試了50種激酶抑制劑的效價。

無細胞蛋白表達技術的模板可以是線性DNA（如PCR產物）或環狀質粒，需包含啟動子（如T7/T3/SP6）和核糖體結合位點（RBS）以啟動轉錄翻譯。為提升效率，系統可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進二硫鍵形成。部分高級系統（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實現更高可控性，但成本較高。無細胞蛋白表達技術可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴展了蛋白質的功能多樣性。例如，通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無細胞蛋白表達技術系統能準確將熒光標記或交聯基團嵌入目標蛋白，用于結構生物學或藥物偶聯開發。更前沿的應用是人工生命體系的構建，如利用無細胞蛋白表達技術合成噬菌體或人工細胞雛形，結合微流控技術模擬細胞內代謝網絡，為合成生物學研究提供可控的簡化模型。

盡管體外蛋白表達在科研領域優勢明顯，其規模化應用仍面臨三重挑戰：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網織紅細胞）的原料獲取與標準化生產難度大，單位成本遠超微生物發酵；反應體系穩定性不足： 蛋白酶/核酸酶導致的產物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續合成時間；產物濃度天花板： 當前比較好工藝的蛋白產量約5g/L，較CHO細胞系統（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開發 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續流灌注技術，提升經濟可行性大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后，裂解物中的??內源性RNA聚合酶??即可轉錄mRNA。

相較于原核表達體系，真核體外蛋白表達的he xin優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。真核型體外蛋白表達系統對??毒性蛋白研究??具有不可替代的價值，如凋亡相關蛋白caspase-3的可控表達。常見蛋白表達陰性

??兔網織紅細胞裂解物??（RRL）和??小麥胚芽裂解物??（WGE）是兩類常見真核平臺,用于體外蛋白表達.融合蛋白表達產業鏈

在無細胞合成生物學的框架下，可編程分子制造引擎的he xin角色可讓體外蛋白表達充當。其模塊化特性允許研究者將生物系統解構為三個可du li操作的層級：信息層：DNA/mRNA模板作為信息載體，其啟動子強度（如T7系統表達量比SP6高3倍）與5'UTR二級結構（ΔG<-50 kJ/mol時翻譯效率銳減）可自由優化；執行層：裂解物中的核糖體作為分子機器，通過補充非天然氨基酸（如對疊氮苯丙氨酸）擴展產物化學空間；調控層：添加核糖核酸開關（Riboswitch）或適配體（Aptamer）實現反饋控制，例如當產物積累至閾值濃度時觸發終止子發卡結構折疊終止反應。這種分層控制使體外蛋白表達能夠驅動人工設計基因回路的構建，例如合成振蕩器系統中T7 RNA聚合酶的自抑制表達實現周期為120分鐘的蛋白質濃度波動，為構建人工細胞提供可控的時空動態基礎。融合蛋白表達產業鏈