在合成生物學(xué)中，無細(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疫苗開發(fā)。芯片級(jí)體外蛋白表達(dá)平臺(tái)在個(gè)性化醫(yī)療中尤為關(guān)鍵，能夠幫助指導(dǎo)靶向藥物選擇。目的蛋白表達(dá)水平

將體外蛋白表達(dá)推向規(guī)?；a(chǎn)需解決三大he xin瓶頸：裂解物制備標(biāo)準(zhǔn)化問題：不同批次細(xì)胞破碎效率差異導(dǎo)致核酸酶/蛋白酶殘留量波動(dòng)（CV>15%），造成翻譯活性離散度超20%。能量再生持續(xù)性不足：即使采用多酶耦聯(lián)再生系統(tǒng)（如pyruvate kinase,PK-肌激酶級(jí)聯(lián)），ATP濃度常在反應(yīng)啟動(dòng)6小時(shí)后衰減至閾值（<1 mM）以下，大幅限制長(zhǎng)時(shí)程蛋白表達(dá)效率。產(chǎn)物濃度天花板效應(yīng)：受限于核糖體組裝速率（約10個(gè)核糖體/分鐘/條mRNA），當(dāng)前比較高產(chǎn)量只達(dá)5-8 g/L，較CHO細(xì)胞灌注培養(yǎng)系統(tǒng)（>10 g/L）仍有明顯差距。為突破這些限制，前沿策略聚焦于 工程化裂解物開發(fā)—通過CRISPR敲除宿主核酸酶基因（如RNase E）并將關(guān)鍵翻譯因子過表達(dá)100倍以上，使體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的批間穩(wěn)定性提升至CV<5%，ATP維持時(shí)間延長(zhǎng)至24小時(shí)以上，明顯提升了工業(yè)轉(zhuǎn)化潛力。gst蛋白表達(dá)濃度??兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物??（RRL）和??小麥胚芽裂解物??（WGE）是兩類常見真核平臺(tái),用于體外蛋白表達(dá).

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。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）的he xin優(yōu)勢(shì)在于其高效性、靈活性和較廣的適用性。與傳統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)相比，CFPS無需繁瑣的細(xì)胞培養(yǎng)和基因轉(zhuǎn)染步驟，可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成蛋白質(zhì)合成，速度提升5-10倍，特別適合快速研發(fā)需求。該系統(tǒng)采用開放的反應(yīng)體系，允許直接添加非天然氨基酸、同位素標(biāo)記物或翻譯調(diào)控因子，為定制化蛋白（如抗體藥物偶聯(lián)物、熒光標(biāo)記蛋白）的合成提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此外，CFPS能夠高效表達(dá)傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白、膜蛋白或易被蛋白酶降解的蛋白，解決了細(xì)胞表達(dá)中的存活率問題。由于反應(yīng)條件完全可控，研究人員可實(shí)時(shí)優(yōu)化溫度、pH和底物濃度等參數(shù)，明顯提高復(fù)雜蛋白的可溶性和活性。這些特點(diǎn)使CFPS成為藥物開發(fā)、合成生物學(xué)和蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域的重要工具，尤其適用于小批量、高難度蛋白的快速制備和篩選。大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級(jí)??蛋白產(chǎn)量,限制造就完整功能的真核蛋白表達(dá)。

在無細(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)。添加 2 mM 鎂離子可使 ??大腸桿菌體外蛋白表達(dá)??產(chǎn)量提高 60%。大腸桿菌可溶蛋白表達(dá)異常

芯片級(jí)體外蛋白表達(dá)??體現(xiàn)較前沿的進(jìn)展。目的蛋白表達(dá)水平

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的明顯缺陷在于 缺乏真核細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致關(guān)鍵翻譯后修飾難以實(shí)現(xiàn)：糖基化不完整性： 裂解物中缺乏高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，只能生成高甘露糖型等簡(jiǎn)單糖鏈，無法合成復(fù)雜雙觸角N-糖；磷酸化/乙酰化失衡： 激酶/磷酸酶網(wǎng)絡(luò)不完整，使信號(hào)通路蛋白的修飾狀態(tài)與生理?xiàng)l件差異明顯；二硫鍵錯(cuò)配風(fēng)險(xiǎn)： 氧化還原環(huán)境調(diào)控不足導(dǎo)致多二硫鍵蛋白錯(cuò)誤折疊率升高。這些局限使體外蛋白表達(dá)在 zhi liao性抗體等需精確修飾的蛋白生產(chǎn)中應(yīng)用受限。目的蛋白表達(dá)水平