體外蛋白表達(dá)（InVitroProteinExpression）是指在無(wú)完整活細(xì)胞的環(huán)境下（如試管、微孔板或芯片），利用生物提取物中的核糖體、tRNA、酶及能量系統(tǒng)，直接將遺傳信息轉(zhuǎn)化為功能蛋白質(zhì)的技術(shù)。與傳統(tǒng)細(xì)胞依賴(lài)的系統(tǒng)不同，該技術(shù)完全避開(kāi)了細(xì)胞膜屏障和基因復(fù)制過(guò)程，只通過(guò)添加目標(biāo)DNA/RNA模板及底物（氨基酸、ATP）即可啟動(dòng)蛋白表達(dá)。這一過(guò)程通常可在1-4小時(shí)內(nèi)完成，其速度優(yōu)勢(shì)大幅加速了蛋白質(zhì)研究進(jìn)程。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于重構(gòu)翻譯機(jī)器，例如提取大腸桿菌裂解物中的核糖體，或利用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中的真核翻譯因子，以實(shí)現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達(dá)。我們需要先??構(gòu)建蛋白表達(dá)載體??，再轉(zhuǎn)染細(xì)胞。hek293蛋白表達(dá)公司

從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)還面臨多重障礙。規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)，反應(yīng)體系的均一性和重復(fù)性難以保證，且大規(guī)模制備高活性裂解物的成本效益比仍需優(yōu)化。在下游純化環(huán)節(jié)，由于反應(yīng)混合物中含有大量核酸、酶和其他細(xì)胞組分，目標(biāo)蛋白的分離純化步驟比傳統(tǒng)方法更復(fù)雜。此外，目前大多數(shù)CFPS工藝仍處于分批反應(yīng)模式，連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)滯后，限制了其在工業(yè)流水線中的應(yīng)用潛力。盡管存在這些挑戰(zhàn)，隨著微流控技術(shù)、人工智能優(yōu)化反應(yīng)條件等新方法的引入，CFPS技術(shù)正在逐步突破這些產(chǎn)業(yè)化瓶頸。目的蛋白表達(dá)常見(jiàn)問(wèn)題大腸桿菌裂解物??是經(jīng)濟(jì)的體外蛋白表達(dá)平臺(tái)。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）根據(jù)反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)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(chǔ)的形式，反應(yīng)在單一試管中進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單但受限于底物耗盡和副產(chǎn)物積累，表達(dá)時(shí)間通常只4小時(shí)，適合小規(guī)模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過(guò)密度差異將反應(yīng)液與緩沖液分層，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至8-20小時(shí)，日本CFS公司的產(chǎn)品采用此設(shè)計(jì)。連續(xù)交換式（CECF）通過(guò)半透膜連接反應(yīng)室與供應(yīng)室，持續(xù)補(bǔ)充底物并移除副產(chǎn)物，可將反應(yīng)延長(zhǎng)至24小時(shí)，產(chǎn)量明顯提高（如德國(guó)RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）

提升體外蛋白表達(dá)效能的關(guān)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(qiáng)穩(wěn)定性，或過(guò)表達(dá)分子伴侶（如GroEL/ES）改善折疊；能量再生系統(tǒng)強(qiáng)化： 耦合葡萄糖脫氫酶與ATP合成酶模塊，實(shí)現(xiàn)ATP持續(xù)再生；膜蛋白表達(dá)突破： 添加脂質(zhì)納米盤(pán)（Nanodiscs）提供類(lèi)膜環(huán)境，促進(jìn)跨膜結(jié)構(gòu)域正確折疊；高通量篩選適配： 微流控芯片實(shí)現(xiàn)萬(wàn)級(jí)反應(yīng)并行運(yùn)行，單次篩選規(guī)模超越傳統(tǒng)細(xì)胞方法。這些策略共同推動(dòng)該技術(shù)向 更高效率、更低成本、更廣適用性 演進(jìn)。每一次體外蛋白表達(dá)的反應(yīng)液微光，都在照亮人類(lèi)準(zhǔn)確操控生命分子的前沿征途。

在特殊應(yīng)用領(lǐng)域，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的性?xún)r(jià)比難以用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)衡量。例如：① 非天然氨基酸標(biāo)記蛋白（如ADC藥物開(kāi)發(fā)），細(xì)胞系統(tǒng)需基因改造且產(chǎn)量極低，而無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS直接添加修飾氨基酸即可實(shí)現(xiàn)，單次反應(yīng)成本雖高但省去數(shù)月工程菌構(gòu)建時(shí)間；② 便攜式生物制造（如戰(zhàn)場(chǎng)急救蛋白生產(chǎn)），凍干無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS試劑可在無(wú)冷鏈條件下即時(shí)合成，其“按需生產(chǎn)”特性大幅降低倉(cāng)儲(chǔ)物流成本。這些場(chǎng)景下，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的技術(shù)獨(dú)特性使其成為高性?xún)r(jià)比解決方案。大腸桿菌體外蛋白表達(dá)的單次反應(yīng)成本（$1.5）只為哺乳細(xì)胞系統(tǒng)的 1/50。低溫誘導(dǎo)蛋白表達(dá)技術(shù)

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(dòng)子介導(dǎo)的體外蛋白表達(dá)??。hek293蛋白表達(dá)公司

盡管前景廣闊，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)市場(chǎng)仍面臨成本控制和規(guī)模化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。目前反應(yīng)體系依賴(lài)昂貴的裂解物和能量試劑，限制了大規(guī)模應(yīng)用，但新型工程化裂解物（如敲除核酸酶的E. coli提取物）和能量再生系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有望降低成本。未來(lái)，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)技術(shù)可能與AI驅(qū)動(dòng)的蛋白設(shè)計(jì)、連續(xù)生物制造工藝結(jié)合，進(jìn)一步拓展在細(xì)胞zhi liao、人造肉（如無(wú)細(xì)胞合成血紅蛋白）等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。Goverment與資本對(duì)生物制造的投入（如美國(guó)《國(guó)家生物技術(shù)和生物制造計(jì)劃》）也將加速無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程，使其成為千億美元合成生物學(xué)市場(chǎng)的重要支柱技術(shù)。hek293蛋白表達(dá)公司