如何選擇合適的表達(dá)系統(tǒng)來生產(chǎn)重組蛋白？

日期：2025-04-28 10:21:00

需考慮蛋白的性質(zhì)，如是否為分泌型蛋白、蛋白的大小、糖基化等翻譯后修飾要求。例如，酵母表達(dá)系統(tǒng)適合表達(dá)需要進(jìn)行復(fù)雜糖基化修飾的蛋白；原核表達(dá)系統(tǒng)如大腸桿菌，適合表達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、對翻譯后修飾要求不高的蛋白。同時，還要考慮表達(dá)量、成本、生產(chǎn)周期等因素。如果需要大量快速生產(chǎn)，大腸桿菌可能是較好的選擇；若對蛋白質(zhì)量和活性要求高，且不介意成本和生產(chǎn)周期較長，哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)可能更合適。

選擇合適的表達(dá)系統(tǒng)對于生產(chǎn)重組蛋白至關(guān)重要，需要綜合考慮多個因素，以下是具體分析：

1.蛋白的特性

蛋白大小：對于較小的蛋白（<30 kDa），大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)通常就能夠滿足需求，其表達(dá)效率高，成本低。而對于較大的蛋白（>100 kDa），酵母或哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)可能更合適，因為它們具有更完善的翻譯后修飾和折疊機(jī)制，有助于大蛋白的正確折疊和穩(wěn)定表達(dá)。

翻譯后修飾：如果蛋白需要復(fù)雜的翻譯后修飾，如糖基化、磷酸化等，那么原核表達(dá)系統(tǒng)（如大腸桿菌）就不太適用，因為原核細(xì)胞缺乏這些修飾機(jī)制。此時，酵母、昆蟲或哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)則更為合適。例如，哺乳動物細(xì)胞表達(dá)的重組蛋白在糖基化修飾方面與天然蛋白更為相似，適合生產(chǎn)需要精確糖基化的治療性蛋白。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜性：含有多個二硫鍵、復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)或需要形成多聚體的蛋白，需要選擇具有完善折疊和組裝機(jī)制的表達(dá)系統(tǒng)。大腸桿菌在表達(dá)此類蛋白時可能會遇到困難，而酵母、昆蟲或哺乳動物細(xì)胞能夠提供更有利于蛋白正確折疊和組裝的環(huán)境。

2.表達(dá)量和成本

表達(dá)量需求：如果需要大量表達(dá)重組蛋白，大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)通常是首選，其生長速度快，易于大規(guī)模發(fā)酵，能夠在短時間內(nèi)獲得大量蛋白。對于一些對表達(dá)量要求不高，但對蛋白質(zhì)量要求較高的情況，可以選擇哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，雖然其表達(dá)量相對較低，但蛋白質(zhì)量更優(yōu)。

成本考量：原核表達(dá)系統(tǒng)（如大腸桿菌）成本較低，包括培養(yǎng)基成本、發(fā)酵設(shè)備要求等都相對簡單。酵母表達(dá)系統(tǒng)的成本也相對較低，且易于培養(yǎng)和大規(guī)模發(fā)酵。而昆蟲細(xì)胞和哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)成本較高，需要特殊的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件，且培養(yǎng)過程較為復(fù)雜，但其生產(chǎn)的蛋白質(zhì)量高，適用于生產(chǎn)高附加值的蛋白，如生物制藥。

3.下游處理

蛋白純化：不同表達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生的重組蛋白在純化難度上有所不同。大腸桿菌表達(dá)的蛋白可能會形成包涵體，需要進(jìn)行復(fù)雜的復(fù)性過程，但如果蛋白以可溶性形式表達(dá)，其純化相對簡單。酵母表達(dá)的蛋白通常分泌到胞外，便于純化。哺乳動物細(xì)胞表達(dá)的蛋白由于糖基化等修飾較為復(fù)雜，純化過程可能需要采用更精細(xì)的分離技術(shù)。

內(nèi)毒素污染：大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)可能會產(chǎn)生內(nèi)毒素，需要在下游處理過程中進(jìn)行嚴(yán)格去除，否則會影響蛋白的質(zhì)量和應(yīng)用。而酵母、昆蟲和哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)毒素較少，在一些對內(nèi)毒素要求嚴(yán)格的應(yīng)用中具有優(yōu)勢。

4.應(yīng)用目的

科研用途：對于科研目的，如蛋白結(jié)構(gòu)研究、功能驗證等，通常對蛋白的質(zhì)量和活性要求較高，可選擇酵母、昆蟲或哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，以獲得更接近天然狀態(tài)的蛋白。如果只是用于初步的實驗研究，大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)也能滿足需求。

工業(yè)生產(chǎn)：在工業(yè)生產(chǎn)中，如生產(chǎn)酶制劑、疫苗等，需要考慮生產(chǎn)成本和產(chǎn)量。對于一些對成本敏感的產(chǎn)品，如工業(yè)用酶，大腸桿菌或酵母表達(dá)系統(tǒng)可能更合適；對于疫苗等對蛋白質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，則可能需要選擇哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，以確保疫苗的安全性和免疫原性。

在選擇表達(dá)系統(tǒng)時，需要根據(jù)重組蛋白的具體特性、表達(dá)量和成本要求、下游處理難度以及應(yīng)用目的等進(jìn)行全面評估，權(quán)衡各表達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)缺點，從而選擇最適合的表達(dá)系統(tǒng)來生產(chǎn)重組蛋白。