无细胞蛋白体系概念、分类及其制药运用

摘    要：　无细胞蛋白表达体系作为体外合成蛋白表达方式的一种, 具有高效快速的优点, 并且其操作是非常简单的, 在生物学领悟当中, 该手段具有很大的作用, 其应用价值非常的广泛。无细胞蛋白表达体系已经成为了蛋白药物生产的重点。在筛选高通量药物过程中, 为其解决问题提供了思路和新的方法。与此同时, 很多人在生物制药领域下取得了不错的成绩, 并且相关研究人员也不断努力, 促进了该行业的发展和进步, 显示出不错的发展潜能。文章对无细胞蛋白表达体系进行了深入的分析和探讨, 对生物制药应用提供了参考, 并且对其进行了讨论和研究, 为生物制药领域提供借鉴。

　　关键词：　生物制药; 无细胞蛋白; 体系; 应用;

　　随着社会的进步以及科学技术的发展, 人们对蛋白质的研究越来越多, 并且其研究已经发展到前沿领域, 受到了人们的广泛关注。无细胞蛋白表达体系也受到了人们的广泛关注。现阶段, 该体系的研究已经深入到更深的领域, 并且成本也变得越来越低。和传统的体内表达体系进行对比, 无细胞蛋白体系具有不受细胞生理限制的优势, 并且无细胞蛋白体系是基于细胞提取物的, 能够表达出大量的毒蛋白, 不受细胞蛋白酶的抑制, 并且这个时间是非常短的, 不需要繁杂的处理下游, 在生物制药领域发挥的作用越来越大。与此同时, 生物制药工程中也开始对复杂蛋白进行体现, 对毒性蛋白和膜蛋白等优势进行体现。但是由于天然的蛋白质半衰期, 水溶性都是很差的。要想实现其表达, 实现蛋白质稳定, 发挥出其潜能, 已经成为了当今社会的热点话题。所以, 文章对生物制药领域中无细胞蛋白体系表达问题进行了深入的探讨, 这对更好实现应用领域潜力, 实现理论结合实际的意义, 发挥出独特的作用。

　　1 、无细胞蛋白体系的概述

　　无细胞蛋白体系是一种生物学技术, 该体系与传统的生物学技术相比, 该体系具有独特的优点。传统的蛋白表达是在细胞体内进行的, 并且能够对动植物细菌进行表达, 对细胞外源基因的进行的表达。对于无细胞蛋白合成系统来说, 该体系是全新的方式, 采取细胞抽提的方法, 实现了外源DNA或者是mRNA为模板, 能够抽取相关酶, 蛋白因子, 通过加入GTP, ATP等实现体外系统的表达。自从胰岛素来临, 我国的重组蛋白药物具有很高的安全性, 在很短时间内就飞快的发展, 在全球中的地位也很高。表达重组蛋白药物常用系统包括大肠杆菌, 仓鼠卵细胞等。但这样的方式往往不能使复杂的蛋白表达。就这样, 无细胞蛋白因此而产生了。

　　随着我国社会的进步, 科学技术得到很好的发展, 在生物制药方面, 蛋白质合成技术进行了深入的研究和探讨, 并且无细胞蛋白的研究也越来越深入无细胞蛋白体系是不需要再活体细胞内进行的, 而采取的方式是基于提取物进行转录, 翻译的, 实现了快速的表达得到目标蛋白。该系统组成中没有细胞壁, 不需要参与相关的生化反应, 这就充分的发挥了其技术上的优势。并且, 在这个过程中, 蛋白合成条件有利于折叠和表达, 非常容易调整。按照这一优势, 无细胞蛋白表达的方式方法在生物制药领域中是可以更好的进行应用的, 可以较多的快速筛选复杂蛋白质合成。另外, 该体系能够实现天然氨基酸的表达, 可以很好的应用于化学特性中。所以, 近些年, 该系统的研究越来越深, 比如重组蛋白, 肿瘤疫苗等都得到了筛选。

　　2、 无细胞蛋白的表达体系分类

　　现阶段, 无细胞蛋白体系主要分为两种表达系统类型, 分别是原核, 真核。两者具有不同的特点和系统, 在研究过程中的需求也是不同的, 所以, 一定要选择需要恰当。

　　2.1 、原核系统

　　在原核表达系统研究以来, 实现其表达过程利用了生物细胞的提取物, 其中大肠杆菌是非常常用的。其耐受性很强。并且在这个基础上建立的表达系统优势很大。人们具体的目标蛋白的表达需要根据标记蛋白和蛋白酶抑制剂进行目标蛋白的表达。但是其具有一定的缺点, 是其在翻译之后, 正确折叠方面困难很大。而大肠杆菌的成本低, 表达效率高, 应用价值很高。

　　2.2 、真核系统

　　真核系统和原核系统之间的关系是相对的。真核系统在表达过程中利用的是真核生物的提取物。其中, 兔网织红细胞, 麦芽提取物是常见的。真核细胞表达系统不存抑制, 所以表达非常的高效。在真核表达系统过程中, 要想更好的实现基因重组, 表达的更加稳定, 需要将环状的模板线性化, 确保效率的加强。相关研究表明, 大肠杆菌和麦芽提取物系统具有高合成量, 可以得到高通量的研究。

　　3、 在生物制药领域当中的应用

　　无细胞蛋白表达体系长期以来的生产成本很高, 并且效率低, 这些缺点对其发展造成了一定的限制。在生物制药领域其发展价值却非常高。随着生物制药技术的不断发展和进步, 相关的能量也在提高, 细胞提取物工艺制备也在不断发展, 实现了蛋白体外高通量的表达, 并且对无细胞蛋白体系应用领域的发展起到了促进的作用。在生物制药领域当中, 无细胞蛋白体系具有非常重要的作用, 解决了很多的问题。文章对无细胞蛋白体系进行重组蛋白药物生产等方面内容进行介绍。

　　3.1、 引入非天然氨基酸

　　将非天然氨基酸引入到蛋白序列当中就是进行蛋白工程改性的途径, 以此来给予蛋白质进行化学修饰, 为蛋白质提供基因。传统方式中, 加入抑制性tRNA识别终止密码, 然后携带无义突变基因为模板, 引入氨基酸于特定的位点。相关研究发现, 非天然氨基酸技术是非常有效的, 能够实现蛋白药物的特异性修饰, 给予其一定的药理特性, 比如可以对药物的动力学稳定性进行提高。目前, 无细胞蛋白体系当中如果添加了非天然氨基酸底物, 就可以建立高效的反应体系, 能够选择修饰目标蛋白。

　　3.2 、大规模化生产重组蛋白药物

　　伴随着我国科技的发展, 我国不断加深在重组蛋白药物方面的研究, 这些方面的技术都在不断成长和成熟, 能够成功的开发出时间长, 体积大的体系。另外, 无细胞蛋白表达系统可以来源大肠杆菌, 并且该表达体系在不断地开发, 在复杂的结构膜蛋白翻译后继续开发生产。对于这方面的研究, 国外学着对其进行了深入的探讨, 有了深入的进展, 在蛋白质折叠, 复杂蛋白方面有很多优势。并且, 在该系统下, 他们实现了荧光素酶的表达, 实现了糖基化的修饰, 非常具有研究价值和意义。并且相关研究也证明了, 无细胞蛋白表达技术在重组蛋白当中, 应用前景非常大。

　　3.3、 蛋白的高通量表达

　　阐述蛋白质基因编码实现过程和结构功能之间的关系非常重要, 并且其已经成为当今社会发展中的需要讨论的问题之一。在这个时代背景下, 高通量蛋白表达技术非常重要。无细胞蛋白表达体系也非常重要, 在现阶段受到学术研究者的青睐。和传统表达体系相比, 无细胞蛋白体系表达具有一定的优势, 并且它省去了分子的克隆过程, 可以采用PCR作为模板。对于一些复杂蛋白, 不能够在体内表达, 没有办法实现蛋白质折叠。对于这些优点进行充分的发挥和利用, 研究人员在进行蛋白质研究过程中, 非常灵活, 便于研究。另外, 无细胞蛋白体系能够高效的制备蛋白芯片。能够进一步实现蛋白固定化, 没有办法进行可溶性蛋白的纯化, 很节约资金。目前, 很多研究表明, 蛋白芯片技术已经在临床诊断中广泛的应用, 发挥着有效的作用。

　　无细胞蛋白表达体系是一种快速的高效的体外蛋白合成手段, 和传统的体内表达相比, 可以对其不足之处进行弥补, 实现了体外的表达, 所以, 在生物制药领域发展潜能还是非常大的, 具有广泛的应用价值。不过, 现阶段无细胞蛋白体系的发展还是有很多不足的地方的, 还需要进行深入的研究, 需要对其反应体系进行深入探讨, 需要对体系的合成进行深入的挖掘, 更好的促进其发展。

　　参考文献

　　[1]洪励上, 苏志宁.无细胞蛋白表达系统研究进展[J].科技经济市场, 2009, (6) .
　　[2]刘永祥, 陈思远, 张逸婧, 等.麦胚无细胞蛋白合成系统研究进展[J].食品工业科技, 2015, (17) .
　　[3]杨英超, 辛晓芳.无细胞蛋白合成系统的研究进展[J].中国药事, 2011, (8) .
　　[4]马英伟, 温红玲, 王志玉, 等.无细胞蛋白合成系统的发展及应用[J].2016, (1) .
　　[5]盛嘉元, 张绪, 郑强, 等.无细胞蛋白表达系统新进展及在生物制药工程中的应用[J].生物工程学报, 2014, (10) .