蛋白质合成的新策略——无细胞体系

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揭示蛋白质合成的秘密新途径：无细胞体系的崛起

在生物科学研究的舞台上，蛋白质的表达和纯化一直是探索生命奥秘的关键步骤。在之前的文章中，我们探讨了蛋白质结构与功能的复杂交织，而在这些研究中，蛋白质的表达技术起着决定性作用。传统的手段通常依赖活细胞系统，无论是原核细胞（如大肠杆菌、链霉菌）还是真核细胞（如昆虫细胞、酵母、哺乳动物细胞），这些活细胞系统凭借其成熟的培养技术和转基因技术，已经在实验室中大显身手。

活细胞表达的优势在于其自然的蛋白质折叠环境和细胞增殖机制，使得蛋白质能尽可能接近“天然”状态。然而，细胞的自我复制需求限制了蛋白质表达的效率，且在纯化过程中，往往需要通过激烈手段来提取，这可能对蛋白质结构造成潜在影响。问题在于，能否在目标蛋白表达前避开细胞屏障的过程呢？

无细胞体系的出现，为我们提供了新的解决方案。它并非新生事物，早在1961年，Nirenberg等人在密码子研究中就已实践了无细胞蛋白表达。尽管早期技术存在局限，但无细胞体系的潜力正在逐渐释放。如今，它不仅适用于表达那些在活细胞中难以大量生产，如毒性蛋白或膜蛋白，还支持高通量和定制化蛋白折叠，通过添加辅助因子如去垢剂或脂质体来优化膜蛋白的折叠过程，这一点是活细胞体系无法比拟的。

市场上已有多款无细胞表达试剂盒，如大肠杆菌的S12、S30等，这些工具简化了无细胞体系的使用，直接省去了感受态转化和细胞培养的繁琐步骤。与活细胞系统的“非均质”特性不同，无细胞体系在高通量筛选和大规模蛋白质纯化方面更具优势，国内也涌现了专门提供这项服务的公司。

进一步地，无细胞系统还允许在蛋白质序列中插入非天然氨基酸，这比创建一个完整的非天然氨基酸翻译体系更为便捷和灵活。这种技术的革新，无疑为蛋白质研究开辟了全新的可能，为科学家们探索生命机制的边界提供了强大的工具。

总的来说，无细胞体系作为蛋白质合成的新策略，正在逐步展现其在生物技术领域的广阔前景，它不仅革新了蛋白质表达的传统方法，也为未来的生物工程和药物研发提供了前所未有的机遇。