大肠杆菌重组蛋白表达流程

传统的蛋白质表达纯化流程极其依赖人工操作,并且往往需要几周或者几个月的时间.无细胞蛋白表达的兴起可将这一时间缩短至十几个小时，但是仍需要现进行表达载体的制备,体外扩增和高通量蛋白表达然后再进行筛选等多步操作。Nuclera将这些复杂的流程ji he到eProteinDiscovery系统.该系统使用基于数字微流控的智能卡盒、蛋白质质量检测和无细胞蛋白合成，使研究人员更容易快速获取高质量蛋白质。只要将目标蛋白质的序列输入配套软件，就可以利用预设融合标签定制DNA构建体以优化表达，然后将表达载体装载到机器上，该系统就会通过自动化构建筛选（可同时筛24种DNA构建体x8种无细胞混合物=192种独特表达条件），根据可溶性、可纯化性和纯化产量数据确定Zui佳表达条件，然后放大规模并获取蛋白质以供下游应用，从DNA到可用于分析检测的蛋白质只需要48小时。系统已生产超过2,000种蛋白质，包含多种类型，其中约77%的人类蛋白。蛋白质类型包括伴侣蛋白、水解酶、连接酶、氧化还原酶、信号蛋白、结构蛋白和转移酶等，分子量范围为18kDa~300kDa(平均:46kDa)。获得的难表达蛋白包括膜蛋白、含二硫键的蛋白和含高度无序结构的蛋白等,还更容易地筛选和获取同源物、直系同源物、突变和异构体.科学家用细菌​​进行蛋白表达​​来生产胰岛素。大肠杆菌重组蛋白表达流程

无细胞蛋白表达技术在快速响应公共卫生事件和jun shi应用中表现突出。例如，在COVID-19期间，无细胞蛋白表达技术被用于数小时内合成病毒抗原，加速疫苗候选物筛选。美国DARPA支持的“生物制造”项目利用冻干无细胞蛋白表达技术试剂，在战场环境中按需生产止血蛋白或抗体，实现便携式、无需冷链的即时生物制造。这类场景凸显了无细胞蛋白表达技术在时效性和环境适应性上的不可替代性。根据应用需求，无细胞蛋白表达技术可整合非天然氨基酸（通过修饰tRNA）、脂质体（用于膜蛋白表达）或翻译后修饰酶（如糖基化酶）。大规模蛋白表达检测对于需糖基化的抗体，​​哺乳细胞体外表达​​比原核系统更适用。

前沿高校和研究所是无细胞蛋白表达技术创新的源头。哈佛大学George Church实验室开发的"全基因组裂解物"技术，明显提升了复杂途径的体外重构能力；东京大学则通过微流控-无细胞蛋白表达技术联用系统，推动单细胞蛋白组学研究。值得注意的是，合成生物学公司（如Ginkgo Bioworks、Zymergen）正将无细胞蛋白表达技术纳入其自动化生物铸造平台，用于高通量酶进化。而传统发酵技术公司（如DSM）也开始布局无细胞蛋白表达技术，探索其在可持续蛋白（如无细胞合成乳清蛋白）中的应用，预示着技术融合的跨界竞争趋势。

无细胞蛋白表达技术CFPS的开放体系特性使其对实验环境极为敏感。裂解物中的酶活性会随冻融次数下降，需分装保存并避免反复冻融；反应中核酸酶残留可能导致模板降解，常需额外添加抑制剂（如RNasin）。此外，不同批次的裂解物活性可能存在差异，导致实验结果难以重复。例如，某研究组发现同一模板在连续三次实验中蛋白产量波动达30%，后来通过标准化裂解物制备流程（如固定细胞生长OD值）才解决该问题。这些细节要求使得CFPS的操作容错率较低。体外蛋白表达需使用​​不含质粒骨架的模板​​以避免副反应。

只要将目标蛋白质的序列输入配套软件，就可以利用预设融合标签定制DNA构建体以优化表达，然后将表达载体装载到机器上，该系统就会通过自动化构建筛选（可同时筛24种构建体 x 8种无细胞混合物=192种表达条件），在48小时内，根据可溶性、可纯化性和纯化产量数据确定Zui佳表达条件，然后放大规模并获取蛋白质以供下游应用。该工作流程只需3步，可生产18kDa~300kDa的蛋白质，还更容易地筛选和获取同源物、直系同源物、突变和异构体。nucleraeProteinDiscovery工作流程：1.设计与准备：将蛋白质序列输入软件，利用预设融合标签设计构建体，并使用eGene制备试剂盒制备表达构建体。2.表达与纯化：自动化筛选192种表达条件以评估可溶性产量，再从其中选取30种进行strep-tag可纯化性评估，依据筛选数据确定Zui优eGene/无细胞混合组合，整个过程快速效率高，为后续研究奠定基础。3.放大与应用：基于筛选结果对蛋白质进行微克至毫克级别的放大生产，Zui终获得高纯度蛋白质，满足不同实验需求。用微流控技术整合裂解物分配\DNA模板加载及反应监测模块可在​​单张芯片上并行执行千次蛋白表达反应​​.膜蛋白表达常见问题

添加0.5mM PMSF将 ​​体外表达蛋白的降解率​​从45%压制至<5%。大肠杆菌重组蛋白表达流程

从实验室走向产业化，无细胞蛋白表达技术还面临多重障碍。规模化生产时，反应体系的均一性和重复性难以保证，且大规模制备高活性裂解物的成本效益比仍需优化。在下游纯化环节，由于反应混合物中含有大量核酸、酶和其他细胞组分，目标蛋白的分离纯化步骤比传统方法更复杂。此外，目前大多数CFPS工艺仍处于分批反应模式，连续化生产设备的开发滞后，限制了其在工业流水线中的应用潜力。尽管存在这些挑战，随着微流控技术、人工智能优化反应条件等新方法的引入，CFPS技术正在逐步突破这些产业化瓶颈。大肠杆菌重组蛋白表达流程