當(dāng)研究凋亡相關(guān)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(dǎo)致宿主死亡。體外蛋白表達技術(shù)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(nèi)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(shù)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(gòu)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。體外蛋白表達需使用??不含質(zhì)粒骨架的模板??以避免副反應(yīng)。大腸桿菌重組蛋白表達濃度

體外蛋白表達正在革新現(xiàn)場快速檢測技術(shù)。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(yù)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(yīng)，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(shù)已擴展至COVID-19檢測——用患者鼻拭子 RNA 直接合成 Spike 蛋白，結(jié)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。桿狀病毒蛋白表達純化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。

在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，體外蛋白表達技術(shù)主要服務(wù)于三大方向：診斷試劑開發(fā)： 通過凍干裂解物與靶標基因預(yù)裝系統(tǒng)，實現(xiàn)傳染xing bing原體抗原的現(xiàn)場即時合成與檢測；蛋白質(zhì)工程優(yōu)化： 構(gòu)建突變體文庫并并行表達篩選，快速獲得熱穩(wěn)定性/催化效率提升的酶變體；藥物靶點驗證： 表達跨膜受體等復(fù)雜蛋白，用于配體結(jié)合實驗及抑制劑高通量篩選；合成生物學(xué)元件構(gòu)建： 作為人工合成細胞的he xin模塊，驅(qū)動無細胞基因回路實現(xiàn)自我維持的蛋白表達。該技術(shù)明顯加速了從基因序列到功能蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)化周期。

前沿高校和研究所是無細胞蛋白表達技術(shù)創(chuàng)新的源頭。哈佛大學(xué)George Church實驗室開發(fā)的"全基因組裂解物"技術(shù)，明顯提升了復(fù)雜途徑的體外重構(gòu)能力；東京大學(xué)則通過微流控-無細胞蛋白表達技術(shù)聯(lián)用系統(tǒng)，推動單細胞蛋白組學(xué)研究。值得注意的是，合成生物學(xué)公司（如Ginkgo Bioworks、Zymergen）正將無細胞蛋白表達技術(shù)納入其自動化生物鑄造平臺，用于高通量酶進化。而傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)公司（如DSM）也開始布局無細胞蛋白表達技術(shù)，探索其在可持續(xù)蛋白（如無細胞合成乳清蛋白）中的應(yīng)用，預(yù)示著技術(shù)融合的跨界競爭趨勢。線性化質(zhì)粒經(jīng)酚氯純化后（濃度≥0.5 μg/μL），適用于 ??T7 啟動子介導(dǎo)的體外蛋白表達??。

無細胞蛋白表達技術(shù)CFPS的開放體系特性使其對實驗環(huán)境極為敏感。裂解物中的酶活性會隨凍融次數(shù)下降，需分裝保存并避免反復(fù)凍融；反應(yīng)中核酸酶殘留可能導(dǎo)致模板降解，常需額外添加抑制劑（如RNasin）。此外，不同批次的裂解物活性可能存在差異，導(dǎo)致實驗結(jié)果難以重復(fù)。例如，某研究組發(fā)現(xiàn)同一模板在連續(xù)三次實驗中蛋白產(chǎn)量波動達30%，后來通過標準化裂解物制備流程（如固定細胞生長OD值）才解決該問題。這些細節(jié)要求使得CFPS的操作容錯率較低。芯片級體外蛋白表達平臺在個性化醫(yī)療中尤為關(guān)鍵，能夠幫助指導(dǎo)靶向藥物選擇。293f細胞蛋白表達載體構(gòu)建

優(yōu)化后的??原核體外蛋白表達??已廣泛應(yīng)用于抗體篩選、酶工程等領(lǐng)域。大腸桿菌重組蛋白表達濃度

無細胞蛋白表達技術(shù)在實際應(yīng)用中也存在一些技術(shù)短板。由于反應(yīng)體系缺乏活細胞的代謝調(diào)控機制，能量供應(yīng)和原料再生效率較低，導(dǎo)致反應(yīng)持續(xù)時間較短（通常只維持4-6小時），限制了蛋白產(chǎn)量的進一步提升。同時，該技術(shù)對反應(yīng)環(huán)境高度敏感，溫度波動、氧化應(yīng)激或污染物都可能影響蛋白合成效率，這對實驗操作的穩(wěn)定性提出了更高要求。此外，雖然CFPS能表達傳統(tǒng)細胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白，但對于需要復(fù)雜折疊或多亞基組裝的蛋白（如某些膜蛋白或超大分子復(fù)合物），其成功率仍然有限。大腸桿菌重組蛋白表達濃度