一、難表達蛋白研究的必要性
難表達蛋白，顧名思義，是指在常規(guī)的細胞內表達系統(tǒng)中難以高效表達的蛋白質，如膜蛋白、類毒素、酶、抗體等。其在生物學、生物醫(yī)學和制藥行業(yè)中具有極其重要的地位。它們參與了許多關鍵的生理功能，如細胞信號傳遞、免疫反應、新陳代謝等。對這些蛋白質進行深入研究，有助于我們更深入地理解生命的本質和各種生物過程。
此外，難表達蛋白的異常表達往往與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關。例如，癌癥的發(fā)生和進展常常與某些蛋白質的過度表達或缺失有關。通過研究難表達蛋白的表達變化，我們可以揭示疾病的發(fā)生機制，為疾病的診斷和治療提供重要的理論依據。它們還可以被開發(fā)為治療性蛋白質，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。
二、難表達蛋白的市場價值
Mordor Intelligence機構指出，2024年全球蛋白質表達市場規(guī)模估計為28.8億美元，預計到2029年將達到42.9億美元，在預測期內（2024-2029年）復合年增長率為8.23%。目前，由于生物技術以及基因工程在制藥工業(yè)和醫(yī)學中的廣泛應用，難表達蛋白市場是一個具吸引力和利潤的市場。據QY Research（恒州博智）的統(tǒng)計及預測，2023年全球難表達型蛋白質市場銷售額達到了上億美元。GIR (Global Info Research)的調研也預測2024年至2030年期間，全球難表達型蛋白質市場的年復合增長率將保持在一個較高的水平。并指出從產品類型來看，無細胞蛋白質合成在難表達型蛋白質市場中占有重要地位，其市場預計在未來幾年將持續(xù)增長。
三、難表達蛋白的表達困境
難表達蛋白通常具有復雜的三級結構和四級結構，包含多個結構域、跨膜區(qū)或者翻譯后修飾等，這些復雜的結構特性使得難表達蛋白在細胞內的合成和折疊過程中容易出現錯誤，導致蛋白質無法正確表達或形成非功能性狀態(tài)。其次，某些難表達蛋白在細胞內表達時可能對宿主細胞產生毒性，導致細胞生長受阻甚至死亡，或者觸發(fā)細胞的應激反應，影響蛋白的表達量和質量。
此外，難表達蛋白的表達往往需要多次嘗試不同的表達策略和條件優(yōu)化，這不僅耗時且成本高昂。同時，較低的表達效率意味著需要投入更多的資源來獲得足夠的蛋白量。即使成功表達了難表達蛋白，其后續(xù)的純化也是一大挑戰(zhàn)，因為這些蛋白可能與宿主細胞的其他組分緊密結合，或者純化過程中容易失活。且在實驗室小規(guī)模的成功表達并不總能順利轉化為大規(guī)模的工業(yè)化生產，如何保持蛋白的質量和產量的一致性是研究人員面臨的又一重大挑戰(zhàn)。
四、無細胞蛋白表達商業(yè)潛力
無細胞蛋白表達技術是一種不依賴于細胞生長與分裂的蛋白質合成方法。它利用體外轉錄和翻譯系統(tǒng)，直接在體外合成蛋白質。這種技術反應速度更快、具備表達有毒蛋白的能力、易于氨基酸類型選擇性標記、不受細胞生長條件的限制等。這些都使得無細胞表達市場不斷增長，預計將在蛋白質表達市場中占據主要市場。此外，越來越多的無細胞系統(tǒng)的推出促進了試劑盒和試劑的使用。例如，2019 年，Arbor Biosciences 宣布推出 myTXTLTM 批量產品的無細胞表達系統(tǒng)，這些新產品滿足了蛋白質和酶工程中對高通量篩選的需求。
五、展望未來
在難表達蛋白市場上，無細胞蛋白表達技術展現出巨大的潛力，例如：
1.藥物研發(fā)加速
對于生物制藥公司而言，CFPS技術可以快速生產出用于前期篩選和功能驗證的候選蛋白，加速藥物發(fā)現進程。
2.結構生物學突破
對于結構復雜、難以結晶的蛋白質，無細胞表達系統(tǒng)能夠提供純凈度更高的樣品，推動結構解析的進展，并且可以快速構建并測試大量的表達條件，從而實現對難表達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)的蛋白質結構與功能研究提供了堅實的基礎。
3.定制化生產
對于某些特殊用途的難表達蛋白，如藥物研發(fā)中的靶點蛋白，CFPS技術可以根據需求進行定制化生產。通過調整反應體系中的成分和條件，可以實現對蛋白質產量、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
一些具有細胞毒性的蛋白質在傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)中難以穩(wěn)定表達。而CFPS技術則可以在體外環(huán)境中進行這些蛋白的合成，避免了細胞毒性的干擾，為相關研究提供了安全保障。
七、總結
綜上所述，難表達蛋白研究的必要性不僅在于其對于理解生命本質和疾病機制的重要性，也在于其具有巨大的市場應用潛力。通過深入研究難表達蛋白，我們可以為生物醫(yī)學和制藥行業(yè)的發(fā)展提供新的思路和方向。而CFPS技術則讓難表達蛋白的穩(wěn)定、高效、低成本、大規(guī)模的生產成為可能。隨著無細胞蛋白表達技術的不斷發(fā)展與完善，其在難表達蛋白市場上的應用前景將更加廣闊。未來，我們可以期待這一技術在藥物研發(fā)、疾病診斷、基因治療等領域發(fā)揮更大的作用，為人類健康事業(yè)貢獻更多力量。
珀羅汀生物作為一家專業(yè)的無細胞蛋白表達生物技術公司，擁有國家高層次人才、海歸博士等人才組成的專業(yè)技術團隊，以自主研發(fā)、具特色的無細胞蛋白表達技術平臺為依托，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)，同時為廣大生物醫(yī)藥企業(yè)和研究機構提供無細胞蛋白表達產品、蛋白原料試劑及定制化服務。
參考文獻：
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.
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.
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。
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.
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.
2
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務