無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）根據(jù)反應體系的設計可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續(xù)交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎的形式，反應在單一試管中進行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產(chǎn)物積累，表達時間通常只4小時，適合小規(guī)模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應液與緩沖液分層，延長反應時間至8-20小時，日本CFS公司的產(chǎn)品采用此設計。連續(xù)交換式（CECF）通過半透膜連接反應室與供應室，持續(xù)補充底物并移除副產(chǎn)物，可將反應延長至24小時，產(chǎn)量明顯提高（如德國RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）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。大腸桿菌誘導蛋白表達水平

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。目的蛋白表達水平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(shù)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(zhì)納米盤（Nanodiscs）提供類膜環(huán)境，促進跨膜結(jié)構(gòu)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(shù)向 更高效率、更低成本、更廣適用性 演進。

無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）的he xin組分包括細胞裂解物（如大腸桿菌、兔網(wǎng)織紅細胞或小麥胚芽提取物），其中含有核糖體、tRNA、氨酰-tRNA合成酶及轉(zhuǎn)錄/翻譯因子（如啟動/延伸/終止因子）。此外，系統(tǒng)需補充能量再生系統(tǒng)（如ATP、磷酸肌酸與肌酸激酶）以維持反應持續(xù)進行，以及底物（氨基酸、核苷酸）和輔因子（Mg2?、K?等）以支持蛋白質(zhì)合成。例如，大腸桿菌S30提取物常通過敲除核酸酶和蛋白酶來提升蛋白穩(wěn)定性。英國nuclera高通量微流控蛋白表達篩選系統(tǒng)可支持助力無細胞蛋白表達技術(shù)，如想更多關于該產(chǎn)品的信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！真核型體外蛋白表達系統(tǒng)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。

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(tǒng)解構(gòu)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(tǒng)表達量比SP6高3倍）與5'UTR二級結(jié)構(gòu)（ΔG<-50 kJ/mol時翻譯效率銳減）可自由優(yōu)化；執(zhí)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(chǎn)物化學空間；調(diào)控層：添加核糖核酸開關（Riboswitch）或適配體（Aptamer）實現(xiàn)反饋控制，例如當產(chǎn)物積累至閾值濃度時觸發(fā)終止子發(fā)卡結(jié)構(gòu)折疊終止反應。這種分層控制使體外蛋白表達能夠驅(qū)動人工設計基因回路的構(gòu)建，例如合成振蕩器系統(tǒng)中T7 RNA聚合酶的自抑制表達實現(xiàn)周期為120分鐘的蛋白質(zhì)濃度波動，為構(gòu)建人工細胞提供可控的時空動態(tài)基礎。兔網(wǎng)織紅細胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機制??，能實現(xiàn)復雜酶活性分子的功能性蛋白表達。大規(guī)模蛋白表達protocol

小麥胚芽裂解物??尤其適用于??同位素標記的蛋白表達??用于NMR結(jié)構(gòu)解析。大腸桿菌誘導蛋白表達水平

體外蛋白表達系統(tǒng)的明顯缺陷在于 缺乏真核細胞器結(jié)構(gòu)，導致關鍵翻譯后修飾難以實現(xiàn)：糖基化不完整性： 裂解物中缺乏高爾基體轉(zhuǎn)運機制，只能生成高甘露糖型等簡單糖鏈，無法合成復雜雙觸角N-糖；磷酸化/乙酰化失衡： 激酶/磷酸酶網(wǎng)絡不完整，使信號通路蛋白的修飾狀態(tài)與生理條件差異明顯；二硫鍵錯配風險： 氧化還原環(huán)境調(diào)控不足導致多二硫鍵蛋白錯誤折疊率升高。這些局限使體外蛋白表達在 zhi liao性抗體等需精確修飾的蛋白生產(chǎn)中應用受限。大腸桿菌誘導蛋白表達水平