重組蛋白表達系統(tǒng)概述

蛋白表達系統(tǒng)是指由宿主、外源基因、載體和輔助成分組成的體系。通過這個體系可以實現(xiàn)外源基因在宿主中表達的目的。一般由以下幾個部分組成：
1、宿主。表達蛋白的生物體?？梢詾榧毦?、酵母、動物細胞，植物反應器、動物反應器等。由于各種生物的特性不同，適合表達蛋白的種類也不相同。
2、載體。載體的種類與宿主相匹配。根據(jù)宿主不同，分為原核（細菌）表達載體、酵母表達載體、植物表達載體、哺乳動物表達載體、昆蟲表達載體等。載體中含有外源基因片段。通過載體介導，外源基因可以在宿主中表達。
3、輔助成分。有的表達系統(tǒng)中還包括了協(xié)助載體進入宿主的輔助成分。比如昆蟲-桿狀病毒表達體系中的桿狀病毒。

大腸桿菌表達系統(tǒng)

在各種表達系統(tǒng)中，最早被采用進行研究的是大腸桿菌表達系統(tǒng)，也是目前掌握最為成熟的表達系統(tǒng)，大腸桿菌表達系統(tǒng)以其細胞繁殖快速產(chǎn)量高、IPTG誘導表達相對簡便等優(yōu)點成為生產(chǎn)重組蛋白的最常用的系統(tǒng)。
優(yōu)點：表達水平高，低成本，易培養(yǎng)和大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)迅速培養(yǎng)周期短，轉(zhuǎn)化操作簡單，蛋白表達量高且可以通過多個參數(shù)進行優(yōu)化，容易形成二硫鍵。
缺點：蛋白折疊性較差（包括細菌蛋白），易形成包涵體，與真核生物不同密碼子體系，真核蛋白表達后很少的翻譯后修飾，分泌大量內(nèi)毒素。

釀酒酵母

不產(chǎn)生毒素，已被美國FDA確認為安全性生物，但釀酒酵母難于高密度培養(yǎng)，分泌效率低，幾乎不分泌分子量大于30 kD的外源蛋白質(zhì)，也不能使所表達的外源蛋白質(zhì)正確糖基化，而且表達蛋白質(zhì)的C端往往被截短。因此，釀酒酵母一般不用做重組蛋白質(zhì)表達的宿主菌。
優(yōu)點：表達水平較高，分泌蛋白或細胞表達的良好選擇，易培養(yǎng)且培養(yǎng)低成本。擁有大多數(shù)真核生物的翻譯后修飾，蛋白表達后有效折疊，無內(nèi)毒素分泌。
缺點：比畢赤酵母的表達水平低，分泌能力可能低于畢赤酵母，糖基化與哺乳動物細胞不同。過糖基化，N-端糖基鏈結構具有致敏性

甲醇酵母表達系統(tǒng)（畢赤酵母）

甲醇酵母的表達載體為整合型質(zhì)粒，載體中含有與酵母染色體中同源的序列，因而比較容易整合入酵母染色體中，大部分甲醇酵母的表達載體中都含有甲醇酵母醇氧化酶基因—1(AOX1)，在該基因的啟動子(PAOX1)作用下，外源基因得以表達。與釀酒酵母相比其翻譯后的加工更接近哺乳動物細胞，不會發(fā)生超糖基化。
優(yōu)點：表達水平高，易培養(yǎng)，生長快速，分泌蛋白或細胞內(nèi)表達的良好選擇，蛋白分泌高效且允許簡單純化，廣泛的翻譯后修飾，N-端糖基化能力優(yōu)于釀酒酵母，無內(nèi)毒素分泌。
缺點：使用甲醇作為誘導劑具有一定危害（甲醇有毒性），糖基化仍然不同于哺乳動物細胞。

昆蟲桿狀病毒表達系統(tǒng)

昆蟲桿狀病毒表達系統(tǒng)是目前國內(nèi)外十分推崇的真核表達系統(tǒng)。利用桿狀病毒結構基因中多角體蛋白的強啟動子構建的表達載體，可使很多真核目的基因得到有效甚至高水平的表達。
優(yōu)點：表達水平高（特別是細胞內(nèi)蛋白），較快的生長速度，有效的蛋白折疊，廣泛的翻譯后修飾，糖基化與哺乳動物細胞類似，相對容易地酶促的去糖基化（對于蛋白結構測定有利），無內(nèi)毒素。
缺點：培養(yǎng)基昂貴，需要大量的病毒。親肽的分泌通路低效，糖基化仍然不同于哺乳動物細胞，病毒侵染會導致細胞裂解和潛在的表達蛋白降解。

哺乳動物細胞

哺乳動物細胞表達外源重組蛋白可利用質(zhì)粒轉(zhuǎn)染和病毒載體的感染。哺乳動物表達系統(tǒng)在蛋白的起始信號、加工、分泌、糖基化方面具有獨特優(yōu)勢，適合表達完整的大分子蛋白。
優(yōu)點：較高的表達水平，可中度放大，細胞的懸浮培養(yǎng)特性可大規(guī)模生產(chǎn)，微載體培養(yǎng)放大培養(yǎng)，有效的蛋白折疊，適合分泌蛋白，充分的翻譯后修飾，無內(nèi)毒素。
缺點：培養(yǎng)基昂貴，復雜的生長條件，培養(yǎng)周期長，成本高。

動植物反應器

動植物能夠表達來自動物、細菌、病毒以及植物本身的蛋白質(zhì)易于大規(guī)模培養(yǎng)和生產(chǎn)，且在基因表達與修飾及安全性方面有特別的優(yōu)勢，因此利用動植物生產(chǎn)外源蛋白質(zhì)的研究展現(xiàn)了極其誘人的前景。

小結

各種表達系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，使用大腸桿菌表達系統(tǒng)能夠在較短時間內(nèi)獲得表達產(chǎn)物，且所需的成本相對較低，大腸桿菌系統(tǒng)還是被證明是最受歡迎的重組藥物蛋白表達宿主，但目的蛋白常以包涵體形式表達，產(chǎn)物純化困難，且原核表達系統(tǒng)翻譯后加工修飾體系不完善，表達產(chǎn)物的生物活性較低；酵母和昆蟲細胞表達系統(tǒng)蛋白表達水平高，成本低，但翻譯后加工修飾體系與哺乳動物不完全相同。哺乳動物細胞表達系統(tǒng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)更接近于天然狀態(tài)，但表達量低，操作繁瑣。因此，選擇表達系統(tǒng)時，應充分考慮各種因素，如要表達蛋白的性質(zhì)、生產(chǎn)成本、表達水平、安全性、表達周期等。隨著對外源基因表達系統(tǒng)研究的不斷深入，隨著更多表達機理和影響因素的發(fā)現(xiàn)，相信在不久的將來，原核與真核兩種表達系統(tǒng)在重組蛋白的生產(chǎn)研究中仍然都會占有一席之地，并將出現(xiàn)更多更加完善的表達系統(tǒng)。