无细胞蛋白表达技术的模板可以是线性DNA（如PCR产物）或环状质粒，需包含启动子（如T7/T3/SP6）和核糖体结合位点（RBS）以启动转录翻译。为提升效率，系统可能添加分子伴侣（如DnaK/GroEL）辅助蛋白折叠，或氧化还原剂（如谷胱甘肽）促进二硫键形成。部分高级系统（如PURE体系）使用纯化重组元件替代粗提物，实现更高可控性，但成本较高。无细胞蛋白表达技术可灵活引入非天然氨基酸（nnAA），扩展了蛋白质的功能多样性。例如，通过定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，无细胞蛋白表达技术系统能准确将荧光标记或交联基团嵌入目标蛋白，用于结构生物学或药物偶联开发。更前沿的应用是人工生命体系的构建，如利用无细胞蛋白表达技术合成噬菌体或人工细胞雏形，结合微流控技术模拟细胞内代谢网络，为合成生物学研究提供可控的简化模型。我们需要先构建蛋白表达载体，再转染细胞。多次跨膜蛋白表达下调
在中国，无细胞蛋白表达技术（CFPS）的推广面临he xin原料依赖进口的挑战。商业化裂解物、高效能量再生系统等关键试剂仍以Thermo Fisher、Merck等国际品牌为主，国产替代品在活性和稳定性上存在差距，导致成本居高不下。此外，无细胞蛋白表达技术工艺的规模化放大技术尚未成熟，反应体系均一性、产物收率等问题限制了其在GMP生产中的应用。尽管国内科研机构（如中科院、清华大学）在基础研究上取得突破，但产学研转化效率较低，缺乏类似Synthelis的专注无细胞蛋白表达技术的本土企业，难以形成完整的产业链条。重组蛋白表达阴性科学家用细菌进行蛋白表达来生产胰岛素。
英国nuclera公司由剑桥大学的博士生们于2013年创立。在撰写论文期间，他们发现蛋白质难以获取的问题是生物学领域的首要障碍和关键瓶颈。他们着手解决蛋白质难以获取的问题，以期改善人类健康状况。这一驱动力符合公司的愿景，即打造出一个从构思到蛋白质的原型设计系统，以减少在药物发现计划中获得靶蛋白的时间和障碍。nuclera eProtein Discovery系统产品优势：一台系统，多重优势；一台系统，多重应用：•未知的药物靶点•难以表达的蛋白质•AI/ML蛋白质工程•从头设计蛋白质•可开发性评估•氨基酸标记；已生产超过1000种蛋白质。上海曼博生物是nuclera的官方代理商，欢迎咨询！
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。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。
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scFv 抗体片段的体外蛋白表达在4小时内完成，较传统CHO 细胞系统提速 10 倍。多次跨膜蛋白表达下调
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。多次跨膜蛋白表达下调
体外蛋白表达系统的hexin在于重构细胞质环境中的核糖体翻译机器。该过程起始于mRNA5'端与核糖体小亚基的结合，由起始因子（如原核IF1/2/3或真核eIF4F复合物）介导形成翻译起始复合物。肽链延伸阶段依赖延伸因子EF-Tu准确运送氨酰tRNA至A位点，并通过其GTP水解活性确保密码子-反密码子配对的保真度。体外蛋白表达的高效率源于反应底物浓度的可调控性—在去除了细胞膜屏障的无细胞环境中，ATP浓度可提升至生理水平的5-8倍（4-6mM），使核糖体延伸速率高达21个氨基酸/秒。同时，磷酸肌酸（PCr）-肌酸激酶（CK）组成的能量再生系统持续将ADP还原为ATP，维持反应体系48小时以上的持续活性，大幅提升了目标产物的积累效率。多次跨膜蛋白表达下调
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