无细胞表达系统，也被称为体外表达系统或细胞外蛋白质合成技术，是一种在细胞外部环境中进行蛋白质合成的创新生物技术。利用细胞裂解物，这些裂解物含有蛋白质合成所必需的基本成分，如核糖体、转运RNA（tRNA）、氨酰tRNA合成酶（AAS）、启动/延伸/终止因子、三磷酸鸟苷（GTP）、ATP、Mg²⁺和K⁺等。通过向这些细胞裂解物中添加目标基因的mRNA或DNA模板，以及必要的氨基酸、能量底物和辅助因子，可以启动并促进蛋白质的体外合成。
在使用
无细胞表达系统时，有几个关键的技巧可以提高蛋白质合成的效率和质量：
1、优化反应体系：确保反应体系中包含所有必需的组分，如核糖体、转运RNA、氨酰合成酶、启动/延伸/终止因子、GTP、ATP、Mg2+和K+等。通过调整这些成分的浓度，可以显著影响蛋白合成的效率和产量。
2、选择适当的模板DNA：模板DNA的选择对无细胞蛋白合成至关重要。线性或质粒DNA都可以用作模板，但应确保DNA纯度高且含有正确的启动子和终止子序列，以提高转录和翻译的效率。
3、控制反应条件：无细胞蛋白合成的反应条件（如温度、pH、离子强度等）需要精确控制。不同的CFPS系统可能有不同的最佳反应条件，通常需要通过实验确定优条件。
4、考虑蛋白质后修饰：某些应用可能要求蛋白质在合成后进行特定的修饰（如磷酸化、糖基化等）。选择具备这些修饰能力的CFPS系统（如真核来源的系统）是关键。
5、提高产物稳定性：新合成的蛋白质可能容易在反应体系中降解，可以通过添加蛋白酶抑制剂或优化反应条件来减少降解。同时，及时纯化合成的蛋白质也可以提高其稳定性和活性。
6、利用高通量筛选：无细胞表达系统非常适合进行高通量实验，例如抗体库的筛选或蛋白进化实验。通过自动化操作和数据分析，可以大幅提高实验效率和准确性。
