蛋白表達公司可提供哪些類型的蛋白表達系統(tǒng)（如原核、真核、昆蟲細胞、哺乳動物細胞等），不同系統(tǒng)的適用場景和優(yōu)勢分別是什么？

日期：2025-09-17 13:41:02

蛋白表達公司提供的蛋白表達系統(tǒng)已形成覆蓋原核、真核（酵母/昆蟲細胞/哺乳動物細胞）、無細胞的完整技術體系，不同系統(tǒng)因宿主細胞特性、翻譯后加工能力、表達效率的差異，適用于不同研究或產(chǎn)業(yè)化需求。以下從系統(tǒng)類型、核心優(yōu)勢、適用場景、典型應用四個維度，詳細對比各系統(tǒng)的特點：

一、原核蛋白表達系統(tǒng)（以大腸桿菌為主）

原核系統(tǒng)是最成熟、成本最低的表達體系，核心宿主為大腸桿菌（E.coli）（如BL21、Rosetta菌株），部分公司也提供枯草芽孢桿菌系統(tǒng)。

1、核心優(yōu)勢

表達效率高：強啟動子（如T7、lac）可驅動目的蛋白高效表達，目標蛋白占菌體總蛋白比例可達10%-50%，培養(yǎng)周期短（僅需1-2天）。

成本極低：培養(yǎng)基（LB/2YT）廉價，發(fā)酵工藝成熟，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)（從毫升級搖瓶到千升級發(fā)酵罐）。

操作簡便：載體構建簡單（如pET系列載體），轉化效率高，后續(xù)純化流程（如His-tag親和純化）標準化。

適用范圍廣：可表達多數(shù)非膜蛋白、非糖基化蛋白，及部分改造后的真核蛋白。

2、局限性

缺乏翻譯后加工能力：無法進行糖基化、磷酸化、二硫鍵正確折疊（需通過共表達分子伴侶或優(yōu)化緩沖液改善）；

易形成包涵體：高表達量下目的蛋白易聚集形成不溶性包涵體，需復性（復性效率不穩(wěn)定，可能影響蛋白活性）；

對部分真核蛋白兼容性差：含復雜結構域（如多跨膜區(qū)）或信號肽的真核蛋白易被降解，表達量低。

3、適用場景

基礎研究：用于制備抗體抗原（如小分子抗原片段）、酶學實驗用酶（如限制性內(nèi)切酶）、結構生物學研究的非糖基化蛋白（如部分細胞因子）；

產(chǎn)業(yè)化：低成本、高產(chǎn)量的工業(yè)酶（如淀粉酶、蛋白酶）、診斷用抗原（如新冠病毒N蛋白）。

二、真核蛋白表達系統(tǒng)

真核系統(tǒng)因具備完整的翻譯后加工機制，可表達結構復雜、需修飾的真核來源蛋白，主要包括酵母、昆蟲細胞、哺乳動物細胞三大類。

1、酵母表達系統(tǒng)（以畢赤酵母、釀酒酵母為主）

酵母是“原核與真核的橋梁”，兼具原核的低成本和真核的加工能力，核心宿主為畢赤酵母（Pichiapastoris）（分泌型表達優(yōu)勢顯著）和釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）。

（1）核心優(yōu)勢

翻譯后加工基礎：可進行N-糖基化（畢赤酵母糖鏈較短，更接近高等真核生物；釀酒酵母糖鏈較長，可能過度糖基化）、二硫鍵折疊、信號肽切割（分泌型表達可將蛋白分泌至培養(yǎng)基，簡化純化）；

表達量較高：甲醇誘導型啟動子（如AOX1）可驅動目的蛋白高效表達，分泌型蛋白產(chǎn)量可達g/L級（遠超大腸桿菌）；

成本低于昆蟲/哺乳動物細胞：培養(yǎng)基為合成培養(yǎng)基，無需血清，發(fā)酵周期適中（3-7天），可大規(guī)模發(fā)酵。

（2）局限性

糖基化類型與高等真核有差異：畢赤酵母主要產(chǎn)生高甘露糖型糖鏈（Man8-14GlcNAc2），缺乏復雜型糖基化（如唾液酸化），不適用于依賴復雜糖基化的蛋白（如抗體藥物）；

部分蛋白易降解：分泌途徑中可能被酵母蛋白酶降解，需通過載體改造（如添加蛋白酶抑制劑序列）或菌株篩選改善。

（3）適用場景

需基礎糖基化的真核蛋白：如真菌酶、部分病毒表面蛋白（如乙肝表面抗原）；

分泌型蛋白的規(guī)模化制備：如工業(yè)用纖維素酶、診斷用抗體片段（Fab）。

2、昆蟲細胞表達系統(tǒng)（桿狀病毒介導，BEVS）

以草地貪夜蛾細胞（Sf9/Sf21）或粉紋夜蛾細胞（HighFive）為宿主，通過桿狀病毒（如AcMNPV）介導目的基因表達，是真核蛋白表達的“中試級”選擇。

（1）核心優(yōu)勢

翻譯后加工接近哺乳動物：可進行復雜N-糖基化（雖無唾液酸化，但糖鏈結構比酵母更接近高等真核）、磷酸化、棕櫚酰化、二硫鍵正確折疊，能表達多數(shù)膜蛋白（如GPCR）和多亞基蛋白（如抗體）；

表達量高：病毒復制驅動目的蛋白高效表達，胞內(nèi)蛋白產(chǎn)量可達mg/L級，分泌型蛋白可達μg-L級；

安全性高：桿狀病毒僅感染昆蟲細胞，對哺乳動物無致病性，無需生物安全級別的實驗室；

載體兼容性好：可構建多基因共表達載體，適合表達需多亞基組裝的蛋白（如離子通道蛋白）。

2、局限性

成本高于酵母/原核：細胞培養(yǎng)基需添加血清（或無血清培養(yǎng)基價格較高），病毒制備周期長（需先擴增病毒，總周期約2-4周）；

規(guī)模化難度大：昆蟲細胞對發(fā)酵條件（如溶氧、剪切力）敏感，大規(guī)模發(fā)酵（>100L）工藝復雜，成本高于酵母；

瞬時表達為主：病毒介導的表達為瞬時表達（細胞最終會裂解），無法建立穩(wěn)定細胞系長期表達。

3、適用場景

需復雜修飾的真核蛋白：如膜蛋白（GPCR、轉運體）、多亞基蛋白（如抗體藥物偶聯(lián)物ADC的抗體部分）、病毒樣顆粒（VLPs，如HPV疫苗）；

功能研究用活性蛋白：如信號通路中的磷酸化蛋白、酶學實驗用復雜結構酶。

3、哺乳動物細胞表達系統(tǒng)（以CHO、HEK293為主）

哺乳動物細胞是需完全翻譯后加工蛋白（尤其是臨床級蛋白藥物）的“金標準”系統(tǒng)，核心宿主為中國倉鼠卵巢細胞（CHO）（貼壁/懸浮型，如CHO-K1、CHO-S）和人胚胎腎細胞（HEK293）（貼壁/懸浮型，如HEK293F）。

（1）核心優(yōu)勢

翻譯后加工完全且精準：可進行與人類細胞一致的復雜糖基化（如唾液酸化、巖藻糖基化）、磷酸化、乙酰化、泛素化，確保蛋白的天然結構、活性及體內(nèi)半衰期（如抗體藥物的ADCC效應依賴正確糖基化）；

蛋白活性高：表達的蛋白折疊正確，無包涵體，可直接用于功能實驗、動物實驗或臨床研究；

可建立穩(wěn)定細胞系：通過篩選耐藥基因（如dhfr、GS），可構建穩(wěn)定整合目的基因的細胞系，支持長期、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2、局限性

成本極高：培養(yǎng)基需無血清、化學成分確定的專用培養(yǎng)基（價格昂貴），細胞生長慢（倍增時間18-24小時），培養(yǎng)周期長（瞬時表達約1-2周，穩(wěn)定細胞系構建需2-3個月）；

表達量相對較低：瞬時表達量通常為μg-mg/L級，穩(wěn)定細胞系通過馴化可提升至g/L級（但仍低于原核和酵母）；

操作要求高：細胞對污染（細菌、支原體）敏感，需嚴格的無菌操作和質(zhì)量控制，大規(guī)模發(fā)酵工藝復雜（需控制pH、溶氧、溫度等多參數(shù)）。

3、適用場景

臨床級蛋白藥物：如單克隆抗體（mAb）、重組蛋白藥物（如胰島素、干擾素、生長激素）、細胞因子（如PD-1/PD-L1）；

功能研究用高活性蛋白：如受體蛋白（用于藥物篩選）、酶（如凝血因子）、病毒蛋白（用于疫苗研發(fā)）。

4、無細胞蛋白表達系統(tǒng)（體外表達系統(tǒng)）

無細胞系統(tǒng)不依賴完整細胞，而是利用細胞提取物（如大腸桿菌裂解液、兔網(wǎng)織紅細胞裂解液、小麥胚芽提取物）中的轉錄/翻譯機器，在體外合成目的蛋白。

（1）核心優(yōu)勢

快速高效：無需細胞培養(yǎng)，從模板（質(zhì)粒/PCR產(chǎn)物）到蛋白僅需幾小時至1天，適合高通量篩選（如突變體文庫表達）；

兼容性強：可表達毒性蛋白（如溶菌酶、凋亡蛋白，避免在細胞內(nèi)殺死宿主）、膜蛋白（可添加去污劑或脂質(zhì)體輔助折疊）、含非天然氨基酸的蛋白（通過添加修飾氨基酸實現(xiàn)）；

操作靈活：可直接調(diào)控反應體系（如添加分子伴侶、標簽酶），便于蛋白的體外修飾或折疊優(yōu)化。

2、局限性

成本極高：反應體系依賴昂貴的提取物和底物（如ATP、氨基酸），產(chǎn)量低（通常為μg級），無法規(guī)模化生產(chǎn)；

缺乏翻譯后加工：僅部分真核提取物（如兔網(wǎng)織紅細胞、昆蟲細胞提取物）可進行簡單磷酸化，無法進行糖基化，限制了真核蛋白的應用。

3、適用場景

高通量研究：如蛋白-蛋白相互作用篩選、酶活性突變體篩選、抗原快速制備（如診斷試劑研發(fā)初期）；

特殊蛋白表達：毒性蛋白、膜蛋白、含非天然氨基酸的修飾蛋白。

各蛋白表達系統(tǒng)核心參數(shù)對比表

對比維度	原核（大腸桿菌）	酵母（畢赤酵母）	昆蟲細胞（Sf9）	哺乳動物細胞（CHO）	無細胞系統(tǒng) （大腸桿菌提取物）
表達周期	1-2天	3-7天	2-4周	2-4周（瞬時）/2-3月（穩(wěn)定系）	幾小時-1天
表達量	高（mg-g/L）	中高（mg-g/L）	中（μg-mg/L）	低-中（μg-g/L）	低（μg級）
翻譯后加工	無	基礎糖基化/二硫鍵	復雜糖基化/磷酸化	完全糖基化/修飾	無
主要成本	極低	低	中	極高	極高
適用蛋白類型	非糖基化/非膜蛋白	分泌型/基礎修飾蛋白	膜蛋白/多亞基蛋白	臨床級/復雜修飾蛋白	毒性蛋白/高通量篩選蛋白
典型應用	工業(yè)酶/診斷抗原	酵母疫苗/工業(yè)酶	GPCR/VLPs	單克隆抗體/細胞因子	突變體篩選/毒性蛋白