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。蛋白表达系统是指由宿主、外源基因、载体和辅助成分组成的体系，通过这个体系可以实现外源基因在宿主中表达的目的。

 

1、宿主。表达蛋白的生物体。可以为细菌、酵母、植物细胞、动物细胞等。由于各种生物的特性不同，适合表达蛋白的种类也不相同。

2、载体。载体的种类与宿主相匹配。根据宿主不同，分为原核（细菌）表达载体、酵母表达载体、植物表达载体、哺乳动物表达载体、昆虫表达载体等。载体中含有外源基因片段。通过载体介导，外源基因可以在宿主中表达。

3、辅助成分。有的表达系统中还包括了协助载体进入宿主的辅助成分。比如昆虫-杆状病毒表达体系中的杆状病毒。

 

 

一、大肠杆菌表达系统

 

在各种表达系统中，早被采用进行研究的是大肠杆菌表达系统，也是目前掌握为成熟的表达系统。大肠杆菌表达系统以其细胞繁殖快速产量高、IPTG诱导表达相对简便等优点成为生产重组蛋白的常用的系统。目前常用的大肠杆菌表达系统为BL21-PET表达系统，此系统目前已经商业化，并且普遍应用于各大实验室和生物技术公司。

 

对于表达不同的蛋白，需要采用不同的载体。目前已知的大肠杆菌的表达载体可分为非融合型表达载体和融合型表达载体两种。非融合表达是将外源基因插到表达载体强启动子和有效核糖体结合位点序列下游，以外源基因mRNA的AUG为起始翻译，表达产物在序列上与天然的目的蛋白一致。融合表达是将目的蛋白或多肽与另一个蛋白质或多肽片段的DNA序列融合并在菌体内表达。融合型表达的载体包括分泌表达载体、带纯化标签的表达载体、表面呈现表达载体、带伴侣的表达载体。

 

优点：遗传背景清楚；繁殖快、成本低、抗污染能力强；表达量高、表达产物分离纯化相对简单、稳定性好；商品化的载体和菌株种类非常齐全、适用范围广等。

 

缺点：

① 没有真核转录后加工的功能，不能进行mRNA的剪接，所以只能表达cDNA而不能表达真核的基因组基因；

② 没有真核翻译后加工的功能，表达产生的蛋白质，不能进行糖基化、磷酸化等修饰，难以形成正确的二硫键配对和空间构像折叠，因而产生的蛋白质常没有足够的生物学活性；

③ 表达的蛋白质经常是不溶的，会在细菌内聚集成包涵体，尤其当表达目的蛋白量超过细菌体总蛋白量10%时，就很容易形成包涵体。生成包涵体的原因可能有是蛋白质合成快速太快，多肽链相互缠绕，缺乏使多肽链正确折叠的因素，导致疏水基因外露等。细菌裂解后，包涵体的离心后的沉淀中，虽然有利于目的蛋白的初步纯化，但无生物活性的不溶性蛋白，要经过复性，使其重新散开、重新折叠成具有天然蛋白构象和良好生物活性的蛋白质，常常是一件很困难的事情。也可以设计载体使大肠杆菌分泌表达出可溶性目的蛋白，但表达量往往不高。

④ 可能会产生一些致热源(内毒素)，并且大肠杆菌本身含有内毒素和有毒蛋白，可能混杂在终产物里。

 

二、酵母表达系统

 

酵母表达系统作为一种后起的外源蛋白表达系统，由于兼具原核以及真核表达系统的优点，正在基因工程领域中得到日益广泛的应用，应用此系统可高水平表达蛋白，且具有翻译后修饰功能，故被认可为一种表达大规模蛋白的强有力的工具。

 

常用的酵母表达系统有酿酒酵母表达系统和甲醇营养型酵母表达系统。甲醇酵母表达系统是目前应用广泛的酵母表达系统。目前甲醇酵母主要有汉森酵母属(Hansenula)，毕赤酵母属(Pichia)，球拟酵母属(Torulopsis)等，并以毕赤酵母属应用多。

 

优点

1. 生长方面：酵母是一种单细胞低等真核生物，培养条件普通，生长繁殖快速，能够耐受较高的流体静压，用于表达基因工程产品时有效降低了生产成本。毕赤酵母具有强烈的好氧生长偏爱性，可进行细胞高密度培养，利于大规模工业化生产。

2. 安全性方面：酿酒酵母被认为是安全无毒的，有着数十年的大规模发酵研究基础。

3. 分子生物学操作方面：酿酒酵母在重组DNA中的广泛研究也是基于其己被人们掌握的大量分子生物学及生理学信息。外源基因一般和表达载体一起整合到了酵母染色体上，随染色体一起复制和遗传，不会发生外源基因的丢失现象。

4. 蛋白表达方面：可以进行蛋白的糖基化，而且还能分泌重组蛋白。

5. 蛋白分泌方面：由于毕赤酵母自身分泌到培养基中的蛋白很少，因此纯化方便。

 

缺点

1. 克隆基因的表达量低，发酵时间长，不正确的蛋白糖基化及抗细胞分裂。

2. 培养上清多糖浓度高，不利于纯化。

 

目前大肠杆菌蛋白表达系统是用广泛，也是经济实惠的蛋白表达系统。E. coli具有遗传背景清楚、细胞增殖快、表达量高、稳定性好和抗污染能力强等特点，适用于多种属蛋白的表达，尤其对小分子蛋白的生产具有极大的优势，但也存在一些问题，如易形成包涵体和含有内毒素等。义翘神州提供从密码子优化到重组蛋白表达/纯化的一站式服务以及内毒素去除等附加服务，以满足不同的定制需求。我们拥有丰富的E. coli 可溶性蛋白表达/纯化及蛋白复性经验，拥有多种E. coli细胞株和表达载体，可为客户提供优质的原核蛋白表达服务。