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常用蛋白表达系统——优缺点、应用领域

2015-07-30

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蛋白表达是指用模式生物如细菌、酵母、动物细胞或者植物细胞表达外源基因蛋白的一种分子生物学技术。

表达系统	优点	缺点	应用领域
大肠杆菌表达系统（Escherichia coli）	表达水平高；低成本；简单的培养条件；生产迅速；可拓展性强；转化操作简单；蛋白表达可以通过多个参数进行优化；容易形成二硫键	蛋白折叠性较差（包括细菌蛋白）；易形成包涵体；低效的体外折叠可能抵消优势；与真核生物不同密码子体系；很少的翻译后修饰；内毒素	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；药物蛋白生产
毕赤酵母表达系统（Pichia pastoris）	表达水平高；低成本；简单的培养条件；生产迅速；可拓展性强；分泌蛋白或细胞内表达的良好选择；蛋白分泌高效且允许简单纯化；广泛的翻译后修饰； N-端糖基化能力优于酿酒酵母；无内毒素	使用甲醇作为诱导剂具有一定危害；糖基化仍然不同于哺乳动物细胞	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）
酿酒酵母表达系统（Saccharaomyces cerevisiae）	表达水平较高；分泌蛋白或细胞表达的良好选择；低成本；简单的培养条件；可拓展性强；拥有大多数真核生物的翻译后修饰；有效的蛋白折叠；无内毒素；	比毕赤酵母的表达水平低；分泌能力可能低于毕赤酵母；糖基化与哺乳动物细胞不同；过糖基化； N-端糖基链结构具有致敏性	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；药物蛋白生产
哺乳动物细胞表达系统	较高的表达水平；中度的可扩展性；细胞的悬浮培养特性可大规模生产；有效的蛋白折叠；适合分泌蛋白；充分的翻译后修饰；无内毒素	培养基昂贵；复杂的生长条件	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；药物蛋白生产；基于细胞的研究
杆状病毒浸染后的昆虫细胞 ( 杆状病毒-昆虫细胞表达系统)	表达水平高（特别是细胞内蛋白）；较快的生长速度；有效的细胞折叠；中度可扩展性；广泛的翻译后修饰；糖基化与哺乳动物细胞类似；相对容易地酶促的去糖基化（对于蛋白结构测定有利）；无内毒素	培养基昂贵；需要大量的病毒；亲肽的分泌通路低效；糖基化仍然不同于哺乳动物细胞；病毒侵染会导致细胞裂解和潜在的表达蛋白降解	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）
瞬时表达系统	蛋白的快速生产通道	转染试剂昂贵；需要大量质粒DNA
稳定细胞系	可获得蛋白生产细胞株系	生产速度缓慢（需要数月），特别是使用选择性克隆的情况下传代过程中表达能力可能下降
无细胞蛋白生产	蛋白的快速生产通道；大肠杆菌，小麦胚芽，昆虫和哺乳动物系统均市售；生产量的可控；蛋白合成条件可控；可容易地吸收非氨基酸组分；可利用PCR产物作为模版，适合于简单的高通量方法；在没有犬科胰岛素的情况下有限的翻译后修饰	量化生产成本昂贵	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；体外表达克隆；同位素标记过的核磁共振蛋白；吸收非天然氨基酸组分
BacMam-介导的瞬时转导	蛋白的快速生产通道；可扩展性强；无需纯化所需的大量质粒DNA；非裂解（参见杆状病毒/昆虫细胞）	许多人体细胞的高效转导；病毒需求量大

瞬时表达系统毕赤酵母表达系统大肠杆菌表达系统

消息人士称，“十三五”已将医疗信息化、高性能医疗器械、生物医药确定为重点返回蛋白分离纯化方法

表达系统	优点	缺点	应用领域
大肠杆菌表达系统（Escherichia coli）	表达水平高；低成本；简单的培养条件；生产迅速；可拓展性强；转化操作简单；蛋白表达可以通过多个参数进行优化；容易形成二硫键	蛋白折叠性较差（包括细菌蛋白）；易形成包涵体；低效的体外折叠可能抵消优势；与真核生物不同密码子体系；很少的翻译后修饰；内毒素	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；药物蛋白生产
毕赤酵母表达系统（Pichia pastoris）	表达水平高；低成本；简单的培养条件；生产迅速；可拓展性强；分泌蛋白或细胞内表达的良好选择；蛋白分泌高效且允许简单纯化；广泛的翻译后修饰； N-端糖基化能力优于酿酒酵母；无内毒素	使用甲醇作为诱导剂具有一定危害；糖基化仍然不同于哺乳动物细胞	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）
酿酒酵母表达系统（Saccharaomyces cerevisiae）	表达水平较高；分泌蛋白或细胞表达的良好选择；低成本；简单的培养条件；可拓展性强；拥有大多数真核生物的翻译后修饰；有效的蛋白折叠；无内毒素；	比毕赤酵母的表达水平低；分泌能力可能低于毕赤酵母；糖基化与哺乳动物细胞不同；过糖基化； N-端糖基链结构具有致敏性	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；药物蛋白生产
哺乳动物细胞表达系统	较高的表达水平；中度的可扩展性；细胞的悬浮培养特性可大规模生产；有效的蛋白折叠；适合分泌蛋白；充分的翻译后修饰；无内毒素	培养基昂贵；复杂的生长条件	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；药物蛋白生产；基于细胞的研究
杆状病毒浸染后的昆虫细胞 ( 杆状病毒-昆虫细胞表达系统)	表达水平高（特别是细胞内蛋白）；较快的生长速度；有效的细胞折叠；中度可扩展性；广泛的翻译后修饰；糖基化与哺乳动物细胞类似；相对容易地酶促的去糖基化（对于蛋白结构测定有利）；无内毒素	培养基昂贵；需要大量的病毒；亲肽的分泌通路低效；糖基化仍然不同于哺乳动物细胞；病毒侵染会导致细胞裂解和潜在的表达蛋白降解	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）
瞬时表达系统	蛋白的快速生产通道	转染试剂昂贵；需要大量质粒DNA
稳定细胞系	可获得蛋白生产细胞株系	生产速度缓慢（需要数月），特别是使用选择性克隆的情况下传代过程中表达能力可能下降
无细胞蛋白生产	蛋白的快速生产通道；大肠杆菌，小麦胚芽，昆虫和哺乳动物系统均市售；生产量的可控；蛋白合成条件可控；可容易地吸收非氨基酸组分；可利用PCR产物作为模版，适合于简单的高通量方法；在没有犬科胰岛素的情况下有限的翻译后修饰	量化生产成本昂贵	纯化蛋白的生产（结构、酶、药物发现）；体外表达克隆；同位素标记过的核磁共振蛋白；吸收非天然氨基酸组分
BacMam-介导的瞬时转导	蛋白的快速生产通道；可扩展性强；无需纯化所需的大量质粒DNA；非裂解（参见杆状病毒/昆虫细胞）	许多人体细胞的高效转导；病毒需求量大