難表達(dá)蛋白，顧名思義，是指在常規(guī)的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)系統(tǒng)中難以高效表達(dá)的蛋白質(zhì)，如膜蛋白、類毒素、酶、抗體等。其在生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和制藥行業(yè)中具有極其重要的地位。它們參與了許多關(guān)鍵的生理功能，如細(xì)胞信號傳遞、免疫反應(yīng)、新陳代謝等。對這些蛋白質(zhì)進(jìn)行深入研究，有助于我們更深入地理解生命的本質(zhì)和各種生物過程。

此外，難表達(dá)蛋白的異常表達(dá)往往與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。例如，癌癥的發(fā)生和進(jìn)展常常與某些蛋白質(zhì)的過度表達(dá)或缺失有關(guān)。通過研究難表達(dá)蛋白的表達(dá)變化，我們可以揭示疾病的發(fā)生機(jī)制，為疾病的診斷和治療提供重要的理論依據(jù)。它們還可以被開發(fā)為治療性蛋白質(zhì)，如藥物載體、抗體、抗菌劑和疫苗等，為疾病的治療提供新策略。

難表達(dá)蛋白通常具有復(fù)雜的三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)，包含多個(gè)結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)或者翻譯后修飾等，這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特性使得難表達(dá)蛋白在細(xì)胞內(nèi)的合成和折疊過程中容易出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致蛋白質(zhì)無法正確表達(dá)或形成非功能性狀態(tài)。其次，某些難表達(dá)蛋白在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí)可能對宿主細(xì)胞產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致細(xì)胞生長受阻甚至死亡，或者觸發(fā)細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，影響蛋白的表達(dá)量和質(zhì)量。

此外，難表達(dá)蛋白的表達(dá)往往需要多次嘗試不同的表達(dá)策略和條件優(yōu)化，這不僅耗時(shí)且成本高昂。同時(shí)，較低的表達(dá)效率意味著需要投入更多的資源來獲得足夠的蛋白量。即使成功表達(dá)了難表達(dá)蛋白，其后續(xù)的純化也是一大挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些蛋白可能與宿主細(xì)胞的其他組分緊密結(jié)合，或者純化過程中容易失活。且在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模的成功表達(dá)并不總能順利轉(zhuǎn)化為大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，如何保持蛋白的質(zhì)量和產(chǎn)量的一致性是研究人員面臨的又一重大挑戰(zhàn)。

1.藥物研發(fā)加速

對于生物制藥公司而言，CFPS技術(shù)可以快速生產(chǎn)出用于前期篩選和功能驗(yàn)證的候選蛋白，加速藥物發(fā)現(xiàn)進(jìn)程。

2.結(jié)構(gòu)生物學(xué)突破

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以結(jié)晶的蛋白質(zhì)，無細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)能夠提供純凈度更高的樣品，推動結(jié)構(gòu)解析的進(jìn)展，并且可以快速構(gòu)建并測試大量的表達(dá)條件，從而實(shí)現(xiàn)對難表達(dá)蛋白的高通量篩選與優(yōu)化。這不僅大大提高了研究效率，還為后續(xù)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.定制化生產(chǎn)

對于某些特殊用途的難表達(dá)蛋白，如藥物研發(fā)中的靶點(diǎn)蛋白，CFPS技術(shù)可以根據(jù)需求進(jìn)行定制化生產(chǎn)。通過調(diào)整反應(yīng)體系中的成分和條件，可以實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)產(chǎn)量、純度、修飾狀態(tài)等方面的精確控制。

4.毒性蛋白的安全表達(dá)

一些具有細(xì)胞毒性的蛋白質(zhì)在傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)中難以穩(wěn)定表達(dá)。而CFPS技術(shù)則可以在體外環(huán)境中進(jìn)行這些蛋白的合成，避免了細(xì)胞毒性的干擾，為相關(guān)研究提供了安全保障。

綜上所述，難表達(dá)蛋白研究的必要性不僅在于其對于理解生命本質(zhì)和疾病機(jī)制的重要性，也在于其具有巨大的市場應(yīng)用潛力。通過深入研究難表達(dá)蛋白，我們可以為生物醫(yī)學(xué)和制藥行業(yè)的發(fā)展提供新的思路和方向。而CFPS技術(shù)則讓難表達(dá)蛋白的穩(wěn)定、高效、低成本、大規(guī)模的生產(chǎn)成為可能。隨著無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，其在難表達(dá)蛋白市場上的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來，我們可以期待這一技術(shù)在藥物研發(fā)、疾病診斷、基因治療等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類健康事業(yè)貢獻(xiàn)更多力量。

珀羅汀生物作為一家專業(yè)的無細(xì)胞蛋白表達(dá)生物技術(shù)公司，擁有國家高層次人才、海歸博士等人才組成的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，以自主研發(fā)、具特色的無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)平臺為依托，專業(yè)從事多肽、重組蛋白、基因工程抗體、重組疫苗以及大分子蛋白藥物的研究和開發(fā)，同時(shí)為廣大生物醫(yī)藥企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供無細(xì)胞蛋白表達(dá)產(chǎn)品、蛋白原料試劑及定制化服務(wù)。

1. Dondapati S.K., Stech M., Zemella A., Kubick S. Cell-Free Protein Synthesis: A Promising Option for Future Drug Development. Biodrugs. 2020;34:327–348. doi: 10.1007/s40259-020-00417-y.

2. Nishiguchi R, Tanaka T, Hayashida J, Nakagita T, Zhou W, Takeda H. Evaluation of Cell-Free Synthesized Human Channel Proteins for In Vitro Channel Research. Membranes (Basel). 2022;13(1):48. Published 2022 Dec 30. doi:10.3390/membranes13010048.

3. Mathias S, Wippermann A, Raab N, et al. Unraveling what makes a monoclonal antibody difficult-to-express: From intracellular accumulation to incomplete folding and degradation via ERAD. Biotechnol Bioeng. 2020;117(1):5-16. doi:10.1002/bit.27196。

4. Schlo?hauer JL, Dondapati SK, Kubick S, Zemella A. A Cost-Effective Pichia pastoris Cell-Free System Driven by Glycolytic Intermediates Enables the Production of Complex Eukaryotic Proteins. Bioengineering (Basel). 2024;11(1):92. Published 2024 Jan 18. doi:10.3390/bioengineering11010092.

5. Chen JP, Gong JS, Su C, Li H, Xu ZH, Shi JS. Improving the soluble expression of difficult-to-express proteins in prokaryotic expression system via protein engineering and synthetic biology strategies. Metab Eng. 2023;78:99-114. doi:10.1016/j.ymben.2023.05.007.