傳統(tǒng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)酶面臨周期長（>72 小時）且純化復雜的瓶頸。新一代連續(xù)流體外蛋白表達系統(tǒng) 通過耦合反應器實現(xiàn)高效合成：將大腸桿菌裂解物與纖維素酶基因模板泵入螺旋管，在 30℃ 恒溫條件下持續(xù)產(chǎn)出酶蛋白，每小時產(chǎn)量達 120 mg/L，較批次反應提高 8 倍。德國 BRAIN AG 公司利用此技術生產(chǎn) 耐熱木聚糖酶，直接添加至造紙漿料中降解半纖維素，使漂白劑用量減少 30%。該系統(tǒng)還支持 實時補料——補充消耗的氨基酸和能量物質可維持 48 小時穩(wěn)定表達，單位酶成本降至 $2.5/g，逼近發(fā)酵法經(jīng)濟閾值。科學家用細菌??進行蛋白表達??來生產(chǎn)胰島素。無細胞蛋白表達方法

一批技術驅動型初創(chuàng)公司正在細分領域嶄露頭角。例如，Synthelis（法國）專注于膜蛋白生產(chǎn)，其裂解物可實現(xiàn)GPCRs和離子通道的高效合成；ArborBiotechnologies（美國）則通過機器學習優(yōu)化無細胞蛋白表達技術反應條件，用于CRISPR酶和定制化蛋白的快速開發(fā)。此外，GreenlightBiosciences（現(xiàn)已與Prenetics合并）將無細胞蛋白表達技術與mRNA技術結合，推動低成本疫苗和RNA療法生產(chǎn)。這些企業(yè)通常以授權合作或定制化服務模式，與藥企（如輝瑞、Moderna）建立深度綁定，加速技術商業(yè)化落地。常見蛋白表達公司預混 1× 蛋白酶抑制劑可防止 ??新合成體外表達蛋白?? 被裂解物內源酶降解。

無細胞蛋白表達技術（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）

當研究凋亡相關蛋白（如 caspase-3）或細菌du su（如白喉du su A 鏈）時，傳統(tǒng)細胞表達系統(tǒng)常因蛋白毒性導致宿主死亡。體外蛋白表達技術通過無細胞環(huán)境規(guī)避了這一限制：在兔網(wǎng)織紅細胞裂解物中添加目標基因 mRNA，4 小時內即可獲得功能性毒性蛋白，且產(chǎn)率高達 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團隊利用此技術成功表達出全長 63 kDa 的 Bax 蛋白，并證實其在線粒體膜穿孔中的構象變化。該方案不只避免了細胞毒性問題，還通過 實時熒光監(jiān)測（如 FITC 標記）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。CHO細胞重組蛋白表達??是生產(chǎn)抗體的常用技術。

體外蛋白表達正在革新現(xiàn)場快速檢測技術。以瘧疾診斷為例：將凍干的大腸桿菌裂解物、瘧原蟲 HRP2 基因 DNA 及顯色底物預裝在微流控芯片中，加入水樣后啟動 30 分鐘體外蛋白表達反應，生成的 HRP2 蛋白催化顯色劑變紅，靈敏度達 5 寄生蟲/μL（傳統(tǒng)試紙只 200/μL）。此方案在剛果金野外測試中顯示，陽性檢出率提升 40% 且無需冷鏈運輸。類似技術已擴展至COVID-19檢測——用患者鼻拭子 RNA 直接合成 Spike 蛋白，結合納米金抗體實現(xiàn) 1 小時確診。這種 “即測即表達”模式 將診斷成本降至 $0.5/次，成為資源匱乏地區(qū)的抗疫利器。添加 2 mM 鎂離子可使 ??大腸桿菌體外蛋白表達??產(chǎn)量提高 60%。大腸桿菌外源蛋白表達檢測

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。無細胞蛋白表達方法

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二級結構（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(tǒng)中T7 RNA聚合酶的自抑制表達實現(xiàn)周期為120分鐘的蛋白質濃度波動，為構建人工細胞提供可控的時空動態(tài)基礎。無細胞蛋白表達方法