无细胞蛋白表达技术（CFPS）虽然具有快速、灵活等优势，但仍存在一些关键缺点。首先，成本较高，商业化裂解物、能量试剂和酶的价格昂贵，小规模实验单次反应成本可达数百元，大规模生产的经济性尚未完全解决。其次，蛋白产量较低，反应通常在几小时内终止，产量（0.1-1 mg/mL）远低于细胞表达系统（如大肠杆菌可达10 mg/mL以上）。此外，复杂蛋白表达受限，原核裂解物缺乏真核翻译后修饰能力（如糖基化），而真核裂解物成本更高；部分蛋白可能因折叠不完全而丧失活性。技术操作上，反应条件（pH、离子强度等）需精细调控，且线性DNA模板易降解，增加了实验难度。CFPS目前更适合小规模应用，在超长蛋白（>100 kDa）表达和工业化连续生产方面仍面临挑战。未来需通过开发低成本试剂、优化能量再生系统和自动化工艺来突破这些瓶颈。使用T7 RNA聚合酶合成加帽mRNA，可提升真核体外蛋白表达效率。融合蛋白表达技术
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。融合蛋白表达技术合成生物学利用体外蛋白表达构造无细胞代谢网络。
B淋巴细胞抗原CD19是一种跨膜糖蛋白，为B细胞恶性zhong Liu生物标志物、CAR-T等疗法理想靶点，包含单个跨膜螺旋（292-313）、天然信号肽（1-20）、胞外N端结构域（ECD）和胞内C端结构域（ICD）。其ECD有两个通过二硫键连接的免疫球蛋白样C2型结构域，ICD有多个无序区域。生产CD19，尤其是ECD对开发新的B细胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素来有“难表达”的特点，会导致表达滴度低、蛋白质错误折叠和聚集，阻碍了对细胞表面分子的详细分子研究。在本应用中，我们利用eProteinDiscovery系统的可溶性标签选择功能和无细胞混合物，在24小时内筛选了192种表达条件，优化了可溶性CD19蛋白的生产（如图1所示）。我们成功表达并纯化了全长CD19、ECD和ICD。筛选完成后，在24小时内将适合条件进行放大，可生产微克级的蛋白质，从而实现了Zhi liao研究所需复杂蛋白质的提效生产。本应用为表达其他具有跨膜结构域、二硫键和高度无序区域的“难表达”蛋白质提供了参考。
提升体外蛋白表达效能的关键技术路径包括：裂解物工程化改造： CRISPR敲除核酸酶/蛋白酶基因增强稳定性，或过表达分子伴侣（如GroEL/ES）改善折叠；能量再生系统强化： 耦合葡萄糖脱氢酶与ATP合成酶模块，实现ATP持续再生；膜蛋白表达突破： 添加脂质纳米盘（Nanodiscs）提供类膜环境，促进跨膜结构域正确折叠；高通量筛选适配： 微流控芯片实现万级反应并行运行，单次筛选规模超越传统细胞方法。这些策略共同推动该技术向 更高效率、更低成本、更广适用性演进。添加0.5 mM镁离子可优化小麦胚芽体外蛋白表达的翻译起始效率。
根据模板设计，无细胞蛋白表达技术可分为线性模板和环状模板表达。线性模板（如PCR产物）无需克隆，快速启动表达，但稳定性差、产量较低，适用于Batch体系的快速筛选。环状模板（如质粒DNA）通过克隆技术制备，稳定性高且产量提升，适合CECF体系的大规模生产（如抗体或抗原制备）。此外，结合T7/T3/SP6启动子的偶联转录/翻译系统（如TNT系统）可直接以DNA为模板，简化流程并提高效率。以上形式可根据需求组合使用，例如原核CECF系统+环状模板用于工业化生产，或真核Batch系统+线性模板用于快速筛选。例如HIV蛋白酶在通过体外蛋白表达后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封闭体系内。酵母蛋白表达市场现状
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。融合蛋白表达技术
尽管体外蛋白表达在科研领域优势明显，其规模化应用仍面临三重挑战：裂解物制备成本高： 真核裂解物（如兔网织红细胞）的原料获取与标准化生产难度大，单位成本远超微生物发酵；反应体系稳定性不足： 蛋白酶/核酸酶导致的产物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持续合成时间；产物浓度天花板： 当前比较好工艺的蛋白产量约5g/L，较CHO细胞系统（>10g/L）存在差距。解决这些瓶颈需开发 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）与连续流灌注技术，提升经济可行性融合蛋白表达技术
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