體外蛋白表達(dá)（InVitroProteinExpression）是指在無(wú)完整活細(xì)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(xì)胞依賴的系統(tǒng)不同，該技術(shù)完全避開(kāi)了細(xì)胞膜屏障和基因復(fù)制過(guò)程，只通過(guò)添加目標(biāo)DNA/RNA模板及底物（氨基酸、ATP）即可啟動(dòng)蛋白表達(dá)。這一過(guò)程通常可在1-4小時(shí)內(nèi)完成，其速度優(yōu)勢(shì)大幅加速了蛋白質(zhì)研究進(jìn)程。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于重構(gòu)翻譯機(jī)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(xì)胞裂解物中的真核翻譯因子，以實(shí)現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達(dá)。從模板添加到獲得功能性體外表達(dá)蛋白只需6小時(shí)??，而HEK293系統(tǒng)需兩周。常用蛋白表達(dá)

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。大腸桿菌可溶蛋白表達(dá)上調(diào)大腸桿菌裂解物??是經(jīng)濟(jì)的體外蛋白表達(dá)平臺(tái)。

體外蛋白表達(dá)技術(shù)的重點(diǎn)在于利用細(xì)胞裂解物中的生物合成機(jī)器（核糖體、tRNA、翻譯因子）在試管中直接合成蛋白質(zhì)。以大腸桿菌系統(tǒng)為例：首先制備含T7啟動(dòng)子的線性DNA模板，將其與商業(yè)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(yīng)2-4小時(shí)即可完成蛋白表達(dá)。整個(gè)過(guò)程無(wú)需細(xì)胞培養(yǎng)與基因轉(zhuǎn)染，速度比傳統(tǒng)方法快10倍以上。例如，COVID19刺突蛋白R(shí)BD結(jié)構(gòu)域的體外表達(dá)只需6小時(shí)，而HEK293細(xì)胞系統(tǒng)需5天。該技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是開(kāi)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(lián)物開(kāi)發(fā)提供高效平臺(tái)。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）在毒性蛋白和膜蛋白的合成中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以表達(dá)具有細(xì)胞毒性的蛋白（如溶菌酶、限制性內(nèi)切酶），而無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)體外開(kāi)放環(huán)境規(guī)避了宿主細(xì)胞存活限制，可高效合成活性毒蛋白，例如珀羅汀生物成功表達(dá)的BamHI內(nèi)切酶，其Minimun活性濃度只需0.001μg/μL。此外，無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)通過(guò)添加表面活性劑或脂質(zhì)體模擬膜環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了全長(zhǎng)跨膜蛋白（如CLDN18.1）的可溶表達(dá)，純度達(dá)80%以上，為藥物靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)提供了關(guān)鍵工具。例如HIV蛋白酶在通過(guò)體外蛋白表達(dá)后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內(nèi)。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）是一種在體外（試管中）直接合成蛋白質(zhì)的技術(shù)，利用細(xì)胞裂解物（如大腸桿菌、酵母或哺乳動(dòng)物細(xì)胞提取物）中的核糖體、酶、tRNA等翻譯元件，無(wú)需活細(xì)胞即可快速生產(chǎn)目標(biāo)蛋白。he xin特點(diǎn)：高效快速：省去細(xì)胞培養(yǎng)步驟，幾小時(shí)內(nèi)完成表達(dá)（傳統(tǒng)方法需數(shù)天）。靈活可控：可自由添加非天然氨基酸、同位素標(biāo)記物或翻譯調(diào)控因子，定制特殊蛋白。兼容復(fù)雜蛋白：適合表達(dá)毒性蛋白、膜蛋白等傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的類型。使用T7 RNA聚合酶合成加帽mRNA，可提升??真核體外蛋白表達(dá)??效率。大腸桿菌重組蛋白表達(dá)

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。常用蛋白表達(dá)

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)。常用蛋白表達(dá)