在合成生物學(xué)中，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)是構(gòu)建人工細(xì)胞和基因電路的he xin工具。研究人員通過(guò)混合不同物種（如大腸桿菌+哺乳動(dòng)物）的裂解物，創(chuàng)建雜合翻譯系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)跨物種蛋白的協(xié)同合成。該技術(shù)還支持無(wú)細(xì)胞基因線路的快速原型設(shè)計(jì)，例如將CRISPR組分與報(bào)告蛋白共表達(dá)，用于體外診斷工具的開(kāi)發(fā)。由于擺脫了細(xì)胞膜的限制，CFPS可直接整合非生物元件（如合成聚合物或納米材料），推動(dòng)人工合成生命和生物-非生物雜合系統(tǒng)的前沿研究。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可快速表達(dá)膜蛋白（如GPCRs、離子通道）用于藥物靶點(diǎn)研究，解決了此類蛋白在細(xì)胞內(nèi)難表達(dá)、易沉淀的問(wèn)題。在診斷領(lǐng)域，基于CFPS的體外轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)被整合到便攜式設(shè)備中，用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)病原體核酸（如埃博拉病毒），實(shí)現(xiàn)“樣本進(jìn)-結(jié)果出”的快速診斷。此外，該技術(shù)還能合成定制化抗原，用于抗體庫(kù)篩選或個(gè)性化cancer疫苗開(kāi)發(fā)。通過(guò)灌流式反應(yīng)器將CHO細(xì)胞體外蛋白表達(dá)??周期縮短至72小時(shí)，單批次產(chǎn)量突破5g/L。融合蛋白表達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其適用于快速生產(chǎn)zhi liao性蛋白、抗體和疫苗抗原。例如，在COVID-19期間，研究人員利用CFPS在幾小時(shí)內(nèi)合成COVID-19刺突蛋白的RBD結(jié)構(gòu)域，大幅加速了疫苗候選分子的篩選和驗(yàn)證。此外，該技術(shù)可高效表達(dá)傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白（如某些抗ai藥物靶點(diǎn)）或易降解蛋白（如細(xì)胞因子），并支持非天然氨基酸插入，為抗體藥物偶聯(lián)物（ADCs）的開(kāi)發(fā)提供準(zhǔn)確修飾平臺(tái)。相比哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)（通常需要1-2周），CFPS可在24小時(shí)內(nèi)完成從基因到蛋白的全流程，明顯縮短藥物發(fā)現(xiàn)周期。大腸桿菌誘導(dǎo)蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)微型化??體外蛋白表達(dá)??系統(tǒng)，24小時(shí)內(nèi)測(cè)試了50種激酶抑制劑的效價(jià)。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的模板可以是線性DNA（如PCR產(chǎn)物）或環(huán)狀質(zhì)粒，需包含啟動(dòng)子（如T7/T3/SP6）和核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）以啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄翻譯。為提升效率，系統(tǒng)可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進(jìn)二硫鍵形成。部分高級(jí)系統(tǒng)（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實(shí)現(xiàn)更高可控性，但成本較高。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性。例如，通過(guò)定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確將熒光標(biāo)記或交聯(lián)基團(tuán)嵌入目標(biāo)蛋白，用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)或藥物偶聯(lián)開(kāi)發(fā)。更前沿的應(yīng)用是人工生命體系的構(gòu)建，如利用無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)合成噬菌體或人工細(xì)胞雛形，結(jié)合微流控技術(shù)模擬細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，為合成生物學(xué)研究提供可控的簡(jiǎn)化模型。

盡管體外蛋白表達(dá)在科研領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，其規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨三重挑戰(zhàn)：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網(wǎng)織紅細(xì)胞）的原料獲取與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)難度大，單位成本遠(yuǎn)超微生物發(fā)酵；反應(yīng)體系穩(wěn)定性不足： 蛋白酶/核酸酶導(dǎo)致的產(chǎn)物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續(xù)合成時(shí)間；產(chǎn)物濃度天花板： 當(dāng)前比較好工藝的蛋白產(chǎn)量約5g/L，較CHO細(xì)胞系統(tǒng)（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開(kāi)發(fā) 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續(xù)流灌注技術(shù)，提升經(jīng)濟(jì)可行性大腸桿菌裂解物添加含T7啟動(dòng)子的線性DNA后，裂解物中的??內(nèi)源性RNA聚合酶??即可轉(zhuǎn)錄mRNA。

相較于原核表達(dá)體系，真核體外蛋白表達(dá)的he xin優(yōu)勢(shì)在于具備部分翻譯后修飾能力，但 關(guān)鍵修飾途徑仍存在明顯局限。在缺乏內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的情況下，糖基化修飾通常終止于高甘露糖型（Man?GlcNAc?）階段，無(wú)法合成復(fù)雜雙觸角唾液酸化糖鏈。這一缺陷直接影響zhi liao性抗體的抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性（ADCC）效應(yīng)。同時(shí)，裂解物中二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）與分子伴侶（如BiP）的活性不足，導(dǎo)致含多對(duì)二硫鍵的蛋白錯(cuò)誤折疊率升高40%-60%。為克服此瓶頸，需在裂解物中外源性添加重組糖基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體（如GnT-I/GnT-II/FUT8）以重構(gòu)修飾途徑，并通過(guò)優(yōu)化氧化還原電勢(shì)（Eh=-230 mV至-280 mV）改善二硫鍵形成效率。體外蛋白表達(dá)的這些修飾缺陷是目前制約其應(yīng)用于功能性糖蛋白生產(chǎn)的主要因素。真核型體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)對(duì)??毒性蛋白研究??具有不可替代的價(jià)值，如凋亡相關(guān)蛋白caspase-3的可控表達(dá)。常見(jiàn)蛋白表達(dá)陰性

??兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物??（RRL）和??小麥胚芽裂解物??（WGE）是兩類常見(jiàn)真核平臺(tái),用于體外蛋白表達(dá).融合蛋白表達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈

在無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)的框架下，可編程分子制造引擎的he xin角色可讓體外蛋白表達(dá)充當(dāng)。其模塊化特性允許研究者將生物系統(tǒng)解構(gòu)為三個(gè)可du li操作的層級(jí)：信息層：DNA/mRNA模板作為信息載體，其啟動(dòng)子強(qiáng)度（如T7系統(tǒng)表達(dá)量比SP6高3倍）與5'UTR二級(jí)結(jié)構(gòu)（ΔG<-50 kJ/mol時(shí)翻譯效率銳減）可自由優(yōu)化；執(zhí)行層：裂解物中的核糖體作為分子機(jī)器，通過(guò)補(bǔ)充非天然氨基酸（如對(duì)疊氮苯丙氨酸）擴(kuò)展產(chǎn)物化學(xué)空間；調(diào)控層：添加核糖核酸開(kāi)關(guān)（Riboswitch）或適配體（Aptamer）實(shí)現(xiàn)反饋控制，例如當(dāng)產(chǎn)物積累至閾值濃度時(shí)觸發(fā)終止子發(fā)卡結(jié)構(gòu)折疊終止反應(yīng)。這種分層控制使體外蛋白表達(dá)能夠驅(qū)動(dòng)人工設(shè)計(jì)基因回路的構(gòu)建，例如合成振蕩器系統(tǒng)中T7 RNA聚合酶的自抑制表達(dá)實(shí)現(xiàn)周期為120分鐘的蛋白質(zhì)濃度波動(dòng)，為構(gòu)建人工細(xì)胞提供可控的時(shí)空動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)。融合蛋白表達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈