大規(guī)模蛋白表達(dá)流程

傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)表達(dá)純化流程極其依賴人工操作,并且往往需要幾周或者幾個(gè)月的時(shí)間.無細(xì)胞蛋白表達(dá)的興起可將這一時(shí)間縮短至十幾個(gè)小時(shí)，但是仍需要現(xiàn)進(jìn)行表達(dá)載體的制備,體外擴(kuò)增和高通量蛋白表達(dá)然后再進(jìn)行篩選等多步操作。Nuclera將這些復(fù)雜的流程ji he到eProteinDiscovery系統(tǒng).該系統(tǒng)使用基于數(shù)字微流控的智能卡盒、蛋白質(zhì)質(zhì)量檢測(cè)和無細(xì)胞蛋白合成，使研究人員更容易快速獲取高質(zhì)量蛋白質(zhì)。只要將目標(biāo)蛋白質(zhì)的序列輸入配套軟件，就可以利用預(yù)設(shè)融合標(biāo)簽定制DNA構(gòu)建體以優(yōu)化表達(dá)，然后將表達(dá)載體裝載到機(jī)器上，該系統(tǒng)就會(huì)通過自動(dòng)化構(gòu)建篩選（可同時(shí)篩24種DNA構(gòu)建體x8種無細(xì)胞混合物=192種獨(dú)特表達(dá)條件），根據(jù)可溶性、可純化性和純化產(chǎn)量數(shù)據(jù)確定Zui佳表達(dá)條件，然后放大規(guī)模并獲取蛋白質(zhì)以供下游應(yīng)用，從DNA到可用于分析檢測(cè)的蛋白質(zhì)只需要48小時(shí)。系統(tǒng)已生產(chǎn)超過2,000種蛋白質(zhì)，包含多種類型，其中約77%的人類蛋白。蛋白質(zhì)類型包括伴侶蛋白、水解酶、連接酶、氧化還原酶、信號(hào)蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白和轉(zhuǎn)移酶等，分子量范圍為18kDa~300kDa(平均:46kDa)。獲得的難表達(dá)蛋白包括膜蛋白、含二硫鍵的蛋白和含高度無序結(jié)構(gòu)的蛋白等,還更容易地篩選和獲取同源物、直系同源物、突變和異構(gòu)體.隨著工程化裂解物與自動(dòng)化設(shè)備的進(jìn)步，體外蛋白表達(dá)技術(shù)將繼續(xù)向??更低成本、更高精度??進(jìn)化。大規(guī)模蛋白表達(dá)流程

盡管前景廣闊，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)市場(chǎng)仍面臨成本控制和規(guī)?；a(chǎn)的挑戰(zhàn)。目前反應(yīng)體系依賴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)的開發(fā)有望降低成本。未來，無細(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)。重組蛋白表達(dá)載體當(dāng)體外蛋白表達(dá)效率不足時(shí)，需檢測(cè)模板完整性并優(yōu)化啟動(dòng)子強(qiáng)度。

體外蛋白表達(dá)已成為生物學(xué)教學(xué)的高效工具。高中生使用 “GFP 熒光蛋白表達(dá)試劑盒”（含凍干裂解物和 pET-28a-GFP 質(zhì)粒），加水混合后在 37℃ 培養(yǎng)箱放置 2 小時(shí)，紫外燈下即可觀察到綠色熒光，直觀演示“基因→蛋白→功能”的中心法則。美國(guó) Bio-Rad 公司推出的教育套件年銷量超 10 萬(wàn)套，實(shí)驗(yàn)成功率 >95%。在合成生物學(xué)領(lǐng)域，該技術(shù)助力學(xué)生設(shè)計(jì) 人工生物回路：如將乳糖操縱子序列與紅色熒光蛋白基因融合，添加 IPTG 后 3 小時(shí)啟動(dòng)表達(dá)，通過熒光強(qiáng)度量化啟動(dòng)子活性。這種 “當(dāng)日設(shè)計(jì)，當(dāng)日驗(yàn)證” 的模式，極大加速了生命科學(xué)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)進(jìn)程。

體外蛋白表達(dá)正在推動(dòng) 無細(xì)胞合成生物學(xué) 的范式革新：人工代謝通路重構(gòu)： 在裂解物中整合多酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，利用底物通道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)小分子化合物的高轉(zhuǎn)化率合成；基因振蕩器開發(fā)： 通過T7 RNA聚合酶的自調(diào)控表達(dá)構(gòu)建分子鐘，模擬細(xì)胞周期節(jié)律；仿生細(xì)胞構(gòu)建： 將蛋白表達(dá)系統(tǒng)封裝于脂質(zhì)體內(nèi)，結(jié)合ATP再生模塊（如bing tong酸激酶系統(tǒng)）創(chuàng)建可自我維持的人工細(xì)胞雛形。這種 “設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試”閉環(huán) 明顯加速了生物系統(tǒng)的理性設(shè)計(jì)進(jìn)程。nuclera 高通量微流控蛋白表達(dá)篩選系統(tǒng)可助力體外蛋白表達(dá)，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！大腸桿菌裂解物添加含T7啟動(dòng)子的線性DNA后，利用其??高密度核糖體??快速啟動(dòng)蛋白表達(dá)。

當(dāng)研究凋亡相關(guān)蛋白（如 caspase-3）或細(xì)菌du su（如白喉du su A 鏈）時(shí)，傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)常因蛋白毒性導(dǎo)致宿主死亡。體外蛋白表達(dá)技術(shù)通過無細(xì)胞環(huán)境規(guī)避了這一限制：在兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中添加目標(biāo)基因 mRNA，4 小時(shí)內(nèi)即可獲得功能性毒性蛋白，且產(chǎn)率高達(dá) 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團(tuán)隊(duì)利用此技術(shù)成功表達(dá)出全長(zhǎng) 63 kDa 的 Bax 蛋白，并證實(shí)其在線粒體膜穿孔中的構(gòu)象變化。該方案不只避免了細(xì)胞毒性問題，還通過 實(shí)時(shí)熒光監(jiān)測(cè)（如 FITC 標(biāo)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。添加 0.1% Triton X-100 使疏水蛋白的體外表達(dá)可溶率達(dá)90%??。重組蛋白表達(dá)載體

從模板添加到獲得功能性體外表達(dá)蛋白只需6小時(shí)??，而HEK293系統(tǒng)需兩周。大規(guī)模蛋白表達(dá)流程

通過同步測(cè)試不同CD19蛋白構(gòu)建序列、可溶性標(biāo)簽及蛋白表達(dá)參數(shù)，eProteinDiscovery可在24小時(shí)內(nèi)快速確定合適的蛋白表達(dá)條件，并在48小時(shí)內(nèi)獲得目標(biāo)蛋白。這一能力使研究人員能夠快速開展蛋白靶點(diǎn)鑒定及疾病機(jī)制相關(guān)蛋白的驗(yàn)證工作。該系統(tǒng)整合數(shù)字微流控技術(shù)、蛋白質(zhì)質(zhì)量分析及無細(xì)胞蛋白合成技術(shù)，即使對(duì)于Zui難表達(dá)的蛋白質(zhì)也能實(shí)現(xiàn)快速制備，從而大幅簡(jiǎn)化了Zhi liao性研究與開發(fā)的流程。KEY英國(guó)Nuclera公司由劍橋大學(xué)的博士生們于2013年創(chuàng)立。在撰寫論文期間，他們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)難以獲取的問題是生物學(xué)領(lǐng)域的重要障礙和瓶頸。他們著手解決蛋白質(zhì)難以獲取的問題，以期改善人類健康狀況。公司的愿景是打造出從DNA到蛋白質(zhì)的原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以減少在藥物發(fā)現(xiàn)計(jì)劃中獲得靶蛋白的時(shí)間和障礙。大規(guī)模蛋白表達(dá)流程