怎么選擇合適的蛋白表達系統?

日期：2023-10-27 09:27:00

1. 華美生物的5大表達系統？

在超過16年的時間里，華美生物蛋白表達平臺建立了五種重組表達系統，包括大腸桿菌（E.coli）表達系統、畢赤酵母（酵母）表達系統、桿狀病毒昆蟲細胞表達系統、哺乳動物細胞表達系統和無細胞（體外大腸桿菌）表達系統。

2. 無細胞表達系統，是華美生物的獨特表達系統

無細胞，也稱為體外翻譯系統，模擬生物細胞的生命現象，復制細胞內蛋白質的轉錄和翻譯過程。體外生產的常見組分包括細胞提取物、能量來源、氨基酸供應、鎂等輔因子，以及所需基因的DNA/mRNA，它是蛋白質合成的模板。通過人工控制蛋白質合成和轉錄翻譯相關的蛋白因子，可以實現目標蛋白質的體外蛋白質合成。

華美生物的無細胞表達系統可以為您提供完整的技術服務。它可以解決與蛋白質表達相關的特定問題，例如低蛋白質產量、特殊蛋白質的表達（如膜蛋白、毒性蛋白等）、蛋白質復合物的生產、多種不同蛋白質的并行合成等。

無細胞表達系統具有如下特點：

A. 與傳統蛋白質表達系統相比，許多過程被省略，如質粒的轉化、細胞培養、收獲、破碎和離心等，大大提高了工作效率；

B. 反應系統較小，可以同時并行合成許多不同的蛋白質；

C. 反應周期短，滿足高通量配體篩選和蛋白質組學的科學要求；

D. 開放式反應系統更容易改變反應條件，有利于基因轉錄、蛋白質合成和翻譯后修飾的調節，并避免了包涵體的形成；

E. 穩定的反應系統，可以與其他過程耦合，形成自動化、程序化和規模化生產，加速重組蛋白質的純化、功能特性鑒定和隨后的結構分析；

F. 沒有細胞結構的限制，可用于產生對宿主具有毒性的外源性蛋白質，以避免蛋白質表達對宿主細胞的致死效應；

G. 可以添加非天然氨基酸或同位素標記的氨基酸來表達特定的蛋白質。

H. 對于由于多跨膜或疏水條件而在常見細胞系中難以表達的項目進行了顯著改進。

3. 五種表達系統的特點

大腸桿菌（E.coli）表達系統	優點	1. 明確的遺傳背景； 2. 低成本和簡單的培養條件； 3. 簡單的轉化操作； 4. 短的蛋白表達周期； 5. 高復制和表達水平； 6. 多種載體和融合標簽可供選擇； 7. 許多參數可以進行調整以優化表達； 8. 標簽可以在N端和C端都具有易于切割的酶切位點。
	缺點	1. 效率低下的二硫鍵形成和折疊不良導致夾雜體的形成； 2. 蛋白質的翻譯后修飾較差（如糖基化、烷基化、磷酸化、特異性的蛋白質加工）； 3. 夾雜體再折疊的成功率和回收率并不是很高。
	應用	1. 純化蛋白質（結構、酶學、藥物發現）； 2. 蛋白質治療
畢赤酵母（酵母）表達系統	優點	1. 低成本和高表達水平； 2. 自產內毒素； 3. 高效的蛋白質折疊和分泌表達； 4. 簡單的培養條件和純化操作； 5. 廣泛的翻譯后修飾：糖基化、磷酸化、脂酰基化； 6. 可以通過使用簡單的無機鹽來開展高密度發酵，產量大； 7. 與原核表達相比，蛋白質更加穩定，特別適用于真核基因的表達和功能性表達蛋白的制備； 8. 實驗室和工業操作簡單。
	缺點	糖基化修飾不如哺乳動物細胞好
	應用	純化蛋白質（結構，酶學，藥物發現）
桿狀病毒感染的昆蟲細胞表達系統	優點	1. 良好的表達水平和相對較快的生長速度； 2. 在表達病毒蛋白方面具有更多優勢； 3. 糖基化修飾更接近哺乳動物細胞； 4. 相對去糖基化修飾（有利于結構確定）； 5. 大的基因體積：由于桿狀病毒基因組較大，因此可以攜帶大的基因片段； 6. 高安全性：桿狀病毒具有嚴格的物種特異性，不會感染脊椎動物和植物； 7. 外源基因高表達效率：與其他真核表達系統相比，桿狀病毒系統可以高效地在感染細胞中表達外源蛋白； 8. 表達產物具有高活性：桿狀病毒將在昆蟲宿主細胞中擴增，因此產生的重組蛋白在后轉錄后修飾方面與哺乳動物細胞類似，表達產物具有強大的生物活性； 9. 易于擴大：桿狀病毒可以大規模生產具有生物活性的重組蛋白產物。
	缺點	1. 昂貴的培養基成本； 2. 在分泌途徑中對前蛋白段的處理效率低； 3. 病毒感染導致細胞裂解，可能降解表達的蛋白質； 4. 糖基化修飾不如哺乳動物細胞好。
	應用	純化的蛋白質（結構、酶學、藥物發現）
哺乳動物細胞表達系統	優點	1. 自產無內毒素； 2. 高效蛋白質折疊和分泌表達； 3. 所有翻譯后修飾，提供多種復雜的N-糖基化和精確的O-糖基化等翻譯后修飾功能； 4. 表達產物在分子結構、物理化學性質和生物功能方面與自然生物蛋白質最接近
	缺點	1. 昂貴的培養基成本； 2. 復雜的生長要求
	應用	1. 純化蛋白質（結構、酶學、藥物發現）； 2. 蛋白質治療； 3. 基于細胞的研究
體外大腸桿菌表達系統	優點	1. 高表達水平：我們提供原始和經過優化的pET載體以及一系列標簽，使得膜蛋白的產量可以達到毫克級； 2. 蛋白質合成條件可以進行調控； 3. 帶有6*His的目標融合蛋白有利于純化。
	缺點	1. 有限的翻譯后修飾； 2. 擴大規模的成本較高。
	應用	1. 純化蛋白質（結構，酶學，藥物發現）； 2. 體外表達克隆； 3. 蛋白質的同位素標記用于NMR； 4. 非天然氨基酸的引入。

4. 如何根據蛋白質的類型來選擇表達系統？

表達系統	系統優勢	應用	華美生物的特點
體外大腸桿菌表達系統	簡單、時間短、表達量高、開放靈活、易于表達的特異性蛋白，制備蛋白質復合物，平行合成多種不同的蛋白質等。	毒蛋白，膜蛋白	少量表達條件下摸索，專業解決相關問題，大大縮短實驗周期，增加表達量
大腸桿菌表達系統	靶向基因表達量高，成本低，培養條件簡單，產品快速，可伸縮性強，轉化操作簡單，容易形成二硫鍵	原核蛋白，簡單的真核蛋白	表達包括可溶性蛋白、包涵體、融合蛋白等，憑借豐富的經驗和專業知識，我們可以解決蛋白表達過程中的各種瓶頸
酵母表達系統	成本效益高，擴增培養基成本低，培養條件簡單，生產迅速，可擴展性強，分泌蛋白或細胞內蛋白表達的良好選擇，分泌蛋白效率高，允許簡單的純化，廣泛的翻譯后修飾，無內毒素	工業菌株改進、放大	自轉化高效分泌載體與宿主結合，可以最大限度地實現最高質量的蛋白表達；Biobrick專利生物技術可以成功地用于工業菌株的改進和優化
昆蟲桿狀病毒表達系統	基因容量大，外源基因表達效率高，有效的細胞折疊，中等的可擴展性，廣泛的翻譯后修飾，類似于哺乳動物細胞的糖基化，是相對容易的酶脫糖基化，無內毒素	病毒疫苗、信號蛋白、細胞因子、激酶等。	采用AcNPV-sf9細胞和high5細胞兩種表達系統，多表達系統、多宿主、多載體的選擇性大大提高了蛋白表達的成功率
哺乳動物細胞表達系統	較高的表達水平，中等的可擴展性，細胞懸浮培養特性可以進行批量生產，有效的蛋白折疊，適合蛋白質分泌，完全翻譯后修飾，無內毒素	復雜的高等真核生物蛋白質	采用哺乳動物細胞表達載體與多種轉染的特異性聯合方法，優化了表達條件，提高了轉染效率，大大縮短了實驗周期，顯著增加了表達量