盡管體外蛋白表達在科研領域優勢明顯，其規模化應用仍面臨三重挑戰：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網織紅細胞）的原料獲取與標準化生產難度大，單位成本遠超微生物發酵；反應體系穩定性不足： 蛋白酶/核酸酶導致的產物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續合成時間；產物濃度天花板： 當前比較好工藝的蛋白產量約5g/L，較CHO細胞系統（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開發 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續流灌注技術，提升經濟可行性大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產量，但缺乏糖基化修飾能力。AI合成蛋白表達上調

在無細胞蛋白表達技術（CFPS）領域，Thermo Fisher Scientific和Merck KGaA等生命科學巨頭占據主導地位，它們提供標準化的商業化試劑盒（如Thermo的PURExpress®和Merck的RTS 100系統），覆蓋科研到工業級需求。這些企業通過成熟的供應鏈和全球分銷網絡，為制藥、診斷客戶提供一站式解決方案。此外，Takara Bio（寶生物工程）憑借其高效真核裂解物技術，在復雜蛋白表達（如糖基化抗體）細分市場表現突出。這些綜合服務商正通過收購創新企業（如Thermo收購CellFree Tech）進一步鞏固技術壁壘。大腸桿菌蛋白表達條件篩選添加0.5mM PMSF將 ??體外表達蛋白的降解率??從45%壓制至<5%。

若需實現高階應用（如非天然氨基酸插入、膜蛋白合成），無細胞蛋白表達技術復雜度會明顯提升。例如，插入Azidohomoalanine需定制正交tRNA合成酶體系，且需優化反應中nnAA與天然氨基酸的比例；表達膜蛋白時則需添加脂質體或納米盤以維持蛋白折疊。此類實驗往往涉及多學科知識（合成生物學、生物化學），并依賴特殊設備（如微流控芯片工作站）。不過，隨著商業化試劑盒（如Thermo的PUREfrex2.0）和自動化平臺（如ArborBio的AI優化系統）的普及，部分操作正趨于標準化，降低了技術門檻。

體外蛋白表達技術的重點在于利用細胞裂解物中的生物合成機器（核糖體、tRNA、翻譯因子）在試管中直接合成蛋白質。以大腸桿菌系統為例：首先制備含T7啟動子的線性DNA模板，將其與商業化裂解物（如RocheRTS100）、能量混合物（ATP/GTP）及20種氨基酸混合，在37℃振蕩反應2-4小時即可完成蛋白表達。整個過程無需細胞培養與基因轉染，速度比傳統方法快10倍以上。例如，COVID19刺突蛋白RBD結構域的體外表達只需6小時，而HEK293細胞系統需5天。該技術的關鍵優勢是開放體系的可編程性——可直接添加非天然氨基酸（如Azidohomoalanine）合成定制化蛋白，為藥物偶聯物開發提供高效平臺。從模板添加到獲得功能性體外表達蛋白只需6小時??，而HEK293系統需兩周。

體外蛋白表達正在推動 無細胞合成生物學 的范式革新：人工代謝通路重構： 在裂解物中整合多酶級聯反應，利用底物通道效應實現小分子化合物的高轉化率合成；基因振蕩器開發： 通過T7 RNA聚合酶的自調控表達構建分子鐘，模擬細胞周期節律；仿生細胞構建： 將蛋白表達系統封裝于脂質體內，結合ATP再生模塊（如bing tong酸激酶系統）創建可自我維持的人工細胞雛形。這種 “設計-構建-測試”閉環 明顯加速了生物系統的理性設計進程。nuclera 高通量微流控蛋白表達篩選系統可助力體外蛋白表達，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！科學家用細菌??進行蛋白表達??來生產胰島素。誘導型蛋白表達常見問題

原核蛋白表達速度快，但??真核蛋白表達??更接近天然結構。AI合成蛋白表達上調

無細胞蛋白表達技術（CFPS）根據反應體系的設計可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎的形式，反應在單一試管中進行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產物積累，表達時間通常只4小時，適合小規模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應液與緩沖液分層，延長反應時間至8-20小時，日本CFS公司的產品采用此設計。連續交換式（CECF）通過半透膜連接反應室與供應室，持續補充底物并移除副產物，可將反應延長至24小時，產量明顯提高（如德國RTS系統的1mL及以上規模產品）AI合成蛋白表達上調