曹希文
南岳生物制药有限公司 湖南省衡阳市 421001
摘要：无细胞蛋白表达系统作为一种在体外合成的蛋白质表达方式，具有效率高、速度快的优点，操作简单。该方法在生物学理解中发挥了重要作用，具有广泛的应用价值。无细胞蛋白表达系统已成为蛋白质药物生产的热点。在筛选高通量药物的过程中，为解决这一问题提供了一种新的途径。同时，许多人在生物制药领域取得了良好的成绩，有关科研人员继续为促进生物医药事业的发展和进步而努力，生物制药工程中无细胞蛋白表达体系显示出了很好的发展潜力。笔者对生物制药工程中无细胞蛋白表达体系的运用进行了研究，提出了以下观点，仅供参考。
关键词：生物制药；无细胞蛋白体系；运用
前言：随着社会的进步和科学技术的发展，人们对蛋白质的研究越来越多，蛋白质研究已发展到前沿领域，受到了广泛的关注。无细胞表达系统也受到了广泛关注。目前，对该系统的研究已经进入了更深的领域，成本也越来越低。与传统的体内表达系统相比，无细胞蛋白系统具有不受细胞生理学限制的优点，以细胞提取液为基础，能表达大量的有毒蛋白质，不受细胞蛋白酶的抑制，且时间很短，不需要复杂的下游处理，在生物材料制药领域中发挥着越来越重要的作用。
一、无细胞蛋白体系
无细胞蛋白系统是一种生物技术。与传统生物技术相比，该系统具有独特的优越性。传统的蛋白表达发生在细胞中，并能表达动植物细菌、外源基因。对于细胞蛋白合成系统来说，该系统是一种新的方法，其采用细胞提取的方式实现外源DNA或mRNA的表达，并能提取相关的酶、蛋白因子。自胰岛素问世以来，重组蛋白药物在我国具有较高的安全性，短时间内的快速发展在世界上也得到了较崇高的地位。常用的重组蛋白药物表达系统包括大肠杆菌、仓鼠卵细胞等，但这些方法通常不允许复杂的蛋白表达。这样就产生了无细胞蛋白。
随着社会的进步，科学技术得到了很好的发展。在生物制药领域，蛋白质合成技术得到了广泛的研究和探讨，无细胞蛋白质系统的研究进展也越来越深入。该系统没有细胞壁，不需要参与与之相关的生化反应，从而充分利用其技术优势。而且，在这一过程中，蛋白质合成条件有利于折叠和表达，易于调整。根据这一优点，无细胞蛋白表达法可以更好地应用于生物制药中，并能更快地筛选出复合蛋白的合成。此外，该系统还能实现天然氨基酸的表达，并能很好地应用于化学性质研究。因此，近年来，该系统被越来越多地研究和筛选重组蛋白，肿瘤疫苗等。
二、无细胞蛋白的表达体系分类
目前，已开发的无细胞蛋白表达系统主要由原核表达和真核细胞表达两种类型组成。由于表达系统的不同，其也有不同的特点。在实际科学的生产研究过程中，需要根据不同的需要选择两个表达系统。
（一）原核系统
原核表达系统的研究由来已久。目标蛋白在该系统中的表达由原核细胞提取物组成，其中最常见的是大肠杆菌。由于其强大的耐受性，在此基础上建立细胞蛋白表达系统具有独特的优势。在目标蛋白的特异性表达中，人们可以根据需要添加蛋白酶抑制剂和标记蛋白等特殊添加剂，即使标签蛋白含有杂质，也可以表达。缺点是蛋白质的翻译处理后，仍然很难正确折叠蛋白质。然而，由于大肠杆菌材料来源广泛、成本低廉、表达效率高等特点，其仍然是体外表达系统研究的热点。
（二）真核系统
真核细胞表达系统是一个与原核生物表达相对应的系统，其进行目标蛋白的表达，并利用真核细胞的提取物。其中，麦芽提取物和兔网织红细胞裂解液是最常见的。
真核细胞表达系统与上述表达体系不同，没有特定的激活或抑制基因，这允许调控基因的有效表达。在该表达系中，为了获得相对稳定的蛋白质并实现真核细胞基因组的整合，通常需要对环状模板进行线性化以保证提高合成效率。相关学者的实践证明，大肠杆菌和麦芽提取物系统具有较高的合成效率，可用于高通量蛋白质组学研究。
三、在生物制药工程中的应用
长期以来，由于低生产力和高成本的限制，无细胞蛋白表达系统在生物学领域得到了广泛的研究。随着生物技术的发展，近年来人们对相关的能量再生系统和细胞提取物的制备工艺进行了深入研究和优化，以实现高通量的体外蛋白质表达，有效地拓展了脱细胞蛋白表达系统的应用领域。特别是在生物制药领域，该系统具有重要的应用潜力，为解决生物药品的许多问题提供了新的途径。下面是无细胞蛋白质表达系统在生物医学工程中的具体应用，如大规模生产重组蛋白药物、引入非天然氨基酸和蛋白质的高通量表达等等。
（一）引入非天然氨基酸
蛋白质工程改性的重要途径是将非天然氨基酸引入蛋白质序列，为蛋白质的化学修饰提供更多的基因。在早期的无细胞蛋白表达系统中，加入了一种抑制的tRNA来识别特定停止密码子的氨酰化，并使用携带无症状突变的基因作为模板，将非天然氨基酸引入目标蛋白的特定位点。在此基础上，研究人员发现了更有效的非天然氨基酸技术，并成功地将其应用于蛋白质药物的特定修饰，使非自然氨基酸具有独特的药理作用，如延长半衰期和提高药动学稳定性。通过将非天然氨基酸基体加入到细胞外蛋白表达系统中，建立了一种高效、方便的反应体系，可以选择性地修饰目标蛋白。综上所述，该系统具有良好的应用前景，在蛋白质药物的改进和新型蛋白药物开发等领域具有广阔的发展前景。
（二）重组蛋白药物的大规模生产
近年来，随着相关科学家的不断发展和优化，脱细胞蛋白表达技术日趋成熟，可成功地应用于反应时间长、体积小、生产效率高的体外蛋白质合成系统。此外，无细胞蛋白表达系统的优势在于其在蛋白质活性和下游纯化过程中的应用，这将促进该系统在重组蛋白药物生产领域的进一步研究和开发。除了大肠杆菌外，一种无细胞蛋白表达系统的共同来源已被进一步开发，以生产结构更复杂和翻译后修饰地膜蛋白。在这方面，国外学者如布罗代尔等都取得了新的研究进展，其建立了一种新颖的哺乳动物细胞蛋白表达系统，在促进蛋白质正确折叠、表达复杂蛋白方面占据了有利地位。
结语：总之，无细胞蛋白表达系统作为一种快速有效的体外蛋白质合成方法，可以弥补蛋白质在体内的不足，实现复杂蛋白质的直接表达，在生物制药领域具有广阔的应用前景。当然，目前在无细胞蛋白表达系统的研究中还存在一些不足。为了在生物制药工程中获得更广泛的应用，研究人员有必要对反应体系进行持续的优化和研究，充分发挥体外合成体系的潜力，以更好地促进我国生物医药工程的发展。
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