體外蛋白表達（InVitroProteinExpression）是指在無完整活細胞的環(huán)境下（如試管、微孔板或芯片），利用生物提取物中的核糖體、tRNA、酶及能量系統(tǒng)，直接將遺傳信息轉(zhuǎn)化為功能蛋白質(zhì)的技術(shù)。與傳統(tǒng)細胞依賴的系統(tǒng)不同，該技術(shù)完全避開了細胞膜屏障和基因復制過程，只通過添加目標DNA/RNA模板及底物（氨基酸、ATP）即可啟動蛋白表達。這一過程通?？稍?-4小時內(nèi)完成，其速度優(yōu)勢大幅加速了蛋白質(zhì)研究進程。無細胞蛋白表達系統(tǒng)的重點在于重構(gòu)翻譯機器，例如提取大腸桿菌裂解物中的核糖體，或利用兔網(wǎng)織紅細胞裂解物中的真核翻譯因子，以實現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達。大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后，利用其??高密度核糖體??快速啟動蛋白表達。gst融合蛋白表達技術(shù)

無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）的操作確實比傳統(tǒng)細胞表達更繁瑣，主要體現(xiàn)在多步驟的體系配置上。實驗者需要精確配制包含裂解物、能量混合物（ATP/GTP）、氨基酸、輔因子（Mg2?、K?）和DNA/mRNA模板的復雜反應體系，且各組分濃度需嚴格優(yōu)化（如Mg2?濃度波動1 mM就可能導致表達失?。４送?，裂解物制備本身涉及細胞培養(yǎng)、破碎、離心透析等步驟，若直接購買商業(yè)化裂解物（如RTS 100），單次成本可能高達數(shù)百元。對于新手而言，反應條件的微調(diào)（pH、溫度、氧化還原環(huán)境）往往需要多次試錯，增加了實驗難度。大分子蛋白表達條件篩選兔網(wǎng)織紅細胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機制??，能準確折疊多結(jié)構(gòu)域蛋白。

從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，無細胞蛋白表達技術(shù)還面臨多重障礙。規(guī)?；a(chǎn)時，反應體系的均一性和重復性難以保證，且大規(guī)模制備高活性裂解物的成本效益比仍需優(yōu)化。在下游純化環(huán)節(jié)，由于反應混合物中含有大量核酸、酶和其他細胞組分，目標蛋白的分離純化步驟比傳統(tǒng)方法更復雜。此外，目前大多數(shù)CFPS工藝仍處于分批反應模式，連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)滯后，限制了其在工業(yè)流水線中的應用潛力。盡管存在這些挑戰(zhàn)，隨著微流控技術(shù)、人工智能優(yōu)化反應條件等新方法的引入，CFPS技術(shù)正在逐步突破這些產(chǎn)業(yè)化瓶頸。

一批技術(shù)驅(qū)動型初創(chuàng)公司正在細分領(lǐng)域嶄露頭角。例如，Synthelis（法國）專注于膜蛋白生產(chǎn)，其裂解物可實現(xiàn)GPCRs和離子通道的高效合成；ArborBiotechnologies（美國）則通過機器學習優(yōu)化無細胞蛋白表達技術(shù)反應條件，用于CRISPR酶和定制化蛋白的快速開發(fā)。此外，GreenlightBiosciences（現(xiàn)已與Prenetics合并）將無細胞蛋白表達技術(shù)與mRNA技術(shù)結(jié)合，推動低成本疫苗和RNA療法生產(chǎn)。這些企業(yè)通常以授權(quán)合作或定制化服務(wù)模式，與藥企（如輝瑞、Moderna）建立深度綁定，加速技術(shù)商業(yè)化落地。無細胞體系的開放性??允許直接添加非天然氨基酸，擴展了??體外表達蛋白??的化學多樣性。

體外蛋白表達已成為生物學教學的高效工具。高中生使用 “GFP 熒光蛋白表達試劑盒”（含凍干裂解物和 pET-28a-GFP 質(zhì)粒），加水混合后在 37℃ 培養(yǎng)箱放置 2 小時，紫外燈下即可觀察到綠色熒光，直觀演示“基因→蛋白→功能”的中心法則。美國 Bio-Rad 公司推出的教育套件年銷量超 10 萬套，實驗成功率 >95%。在合成生物學領(lǐng)域，該技術(shù)助力學生設(shè)計 人工生物回路：如將乳糖操縱子序列與紅色熒光蛋白基因融合，添加 IPTG 后 3 小時啟動表達，通過熒光強度量化啟動子活性。這種 “當日設(shè)計，當日驗證” 的模式，極大加速了生命科學創(chuàng)新人才的培養(yǎng)進程。大腸桿菌體外蛋白表達的單次反應成本（$1.5）只為哺乳細胞系統(tǒng)的 1/50。CHO細胞蛋白表達修飾

真核型體外蛋白表達系統(tǒng)對??毒性蛋白研究??具有不可替代的價值，如凋亡相關(guān)蛋白caspase-3的可控表達。gst融合蛋白表達技術(shù)

在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，體外蛋白表達技術(shù)主要服務(wù)于三大方向：診斷試劑開發(fā)： 通過凍干裂解物與靶標基因預裝系統(tǒng)，實現(xiàn)傳染xing bing原體抗原的現(xiàn)場即時合成與檢測；蛋白質(zhì)工程優(yōu)化： 構(gòu)建突變體文庫并并行表達篩選，快速獲得熱穩(wěn)定性/催化效率提升的酶變體；藥物靶點驗證： 表達跨膜受體等復雜蛋白，用于配體結(jié)合實驗及抑制劑高通量篩選；合成生物學元件構(gòu)建： 作為人工合成細胞的he xin模塊，驅(qū)動無細胞基因回路實現(xiàn)自我維持的蛋白表達。該技術(shù)明顯加速了從基因序列到功能蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)化周期。gst融合蛋白表達技術(shù)