膜蛋白表达——2小时快速体外无细胞蛋白表达系统

基因有限公司代理的德国Biotechrabbit无细胞蛋白表达系统基于优化的细胞裂解物，结合专利CECF（持续交换细胞自由）技术和高产HY（High Yield Biochemistry）能量供给系统，可在2小时至24小时内完成蛋白质合成。

一、无细胞蛋白表达体系

无细胞蛋白表达体系（Cell-Free Protein Synthesis, CFPS）是一种基于体外细胞裂解物的生物技术，通过添加模板DNA/RNA、能量底物（如ATP、GTP）、氨基酸及辅助因子（如核糖体、tRNA、翻译因子等），直接在体外完成蛋白质的转录与翻译。其核心优势在于摆脱了活细胞培养的限制，可在数小时内完成蛋白质合成，且反应条件高度可控。

图1. 体外蛋白表达原理图。

二、与传统表达系统的对比优势

1. 快速高效传  统细胞培养需数天至数周，而CFPS仅需3-6小时即可完成蛋白质合成，显著缩短研发周期。

2. 高产量与可溶性  通过优化能量再生系统（如磷酸肌酸-磷酸肌酸激酶）和添加分子伴侣，CFPS可提高可溶性蛋白产量至mg/mL级别，尤其适用于难表达蛋白（如激酶、膜蛋白）。

3. 灵活性与可控性  开放式体系允许自由添加非天然氨基酸、金属离子或氧化还原试剂，支持蛋白质标记、翻译后修饰及复杂折叠调控。

4. 规避细胞毒性  对毒性蛋白（如抗菌肽、病毒蛋白）的表达无需考虑宿主存活问题，可直接通过裂解物实现高效合成。

5. 高通量适配性  结合微流控技术，可并行合成数千种蛋白，适用于抗体库筛选、药物靶点验证等场景。

图2. 体外和体内蛋白合成方法的实验流程比较。

三、无细胞蛋白表达用于膜蛋白合成的技术原理与优势

技术原理：膜蛋白的合成需模拟细胞膜环境，CFPS通过以下策略实现：

1. 共翻译溶解：在翻译过程中添加去污剂（如Triton X-100）或脂质体（如DOPC），使跨膜结构域保持溶解状态。

2. 氧化还原调控：通过添加谷胱甘肽或铜离子，促进二硫键正确形成，维持膜蛋白构象。

3. 辅助因子添加：引入伴侣蛋白（如GroEL/GroES）或脂质纳米颗粒（LNP），辅助膜蛋白折叠与稳定性。

技术优势：

1. 突破传统瓶颈：传统方法因膜蛋白疏水性易形成包涵体，而CFPS通过开放式体系直接控制溶解条件，提高可溶性表达率。

2. 功能验证便捷：无需细胞膜分离步骤，可直接在反应体系中检测膜蛋白活性（如离子通道电导率）。

规模化潜力：结合连续流反应器，可实现膜蛋白的克级生产，满足工业需求。

四、无细胞蛋白表达应用方向

1. 生物医药研发

• 疫苗与诊断试剂：快速合成病毒抗原用于疫苗开发，或生产高特异性抗体用于诊断。

• 纳米抗体筛选：通过CFPS快速表达候选纳米抗体（如抗IL6R VHH），结合ELISA验证亲和力，周期从传统方法的数月缩短至数天。

2. 基础研究

• 结构生物学：合成高纯度膜蛋白（如G蛋白偶联受体）用于冷冻电镜解析，或构建蛋白质相互作用网络模型。

• 合成生物学：设计人工代谢通路或基因回路，验证功能模块的协同效应。

3. 工业生产

• 定制化蛋白药物：生产含非天然氨基酸的修饰蛋白（如聚乙二醇化干扰素），提升药代动力学特性。

• 生物燃料与材料：合成耐高温酶或脂质纳米颗粒载体，用于生物催化与靶向递送。

基因有限公司代理的德国Biotechrabbit无细胞蛋白表达系统（Rapid Translation System, RTS）基于优化的细胞裂解物，结合专利CECF（持续交换细胞自由）技术和高产HY（High Yield Biochemistry）能量供给系统，可在2小时至24小时内完成蛋白质合成。其核心优势在于突破传统细胞培养限制，支持有毒蛋白、膜蛋白及二硫键蛋白的高效表达，广泛应用于抗体筛选、结构生物学及高通量药物研发。

1. 快速表达筛选：小量表达2-4小时检测；CECF和HY装置6-24h实现相对大量表达;

2. 操作便捷：无需细胞的转化、培养和诱导；无需克隆，可直接用PCR片段为模板

 适用于质粒和PCR线状DNA模板，只需等温摇床与移液器;

3. 多种选择：大肠杆菌体系、小麦体系和昆虫体系。

4. 系统灵活： 可在反应体系中加入分子伴侣、去污剂、辅助因子，便于合成条件的筛选；可引入荧光、生物素、非天然氨基酸等特殊标记；合成规模可调，从20μg~50mg；可合成毒性蛋白，二硫键蛋白。

5. 高产高通量： 10ml反应体系蛋白产量高达50mg；

6. 特异性好：只有目标蛋白才会被合成，合成产物无需进行复杂的纯化步骤。

Biotechrabbit RTS 产品提供大肠杆菌、麦胚或昆虫三种不同宿主细胞来源的产品。常用的E. Coli来源试剂盒以冻干粉形式提供，易于储存和运输。不同大小规格可满足科研用户和工业用户的不同产量需求。

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