無細胞蛋白質合成技術是在體外環境中，利用細胞提取物（如核糖體、轉運RNA、酶等）進行蛋白質的合成。它不依賴于完整的活細胞，可直接在體外模擬細胞內的蛋白質合成過程。
目前除了傳統的基于細胞的蛋白質表達技術以外，另外一種新興的蛋白質表達技術——無細胞蛋白表達（CFPS）正在被廣泛應用。將這兩種技術進行對比可以歸納為以下幾點：
1.技術原理
傳統的基于細胞的蛋白質表達技術依賴于活細胞（如大腸桿菌、酵母或哺乳動物細胞等）作為生物反應器來生產蛋白質。這些細胞提供了蛋白質合成所需的環境和成分。
圖1:CFPS展示
CFPS技術則是在體外環境中，利用細胞提取物（如核糖體、轉運RNA、酶等）進行蛋白質的合成。它不依賴于完整的活細胞，可直接在體外模擬細胞內的蛋白質合成過程。
2.實驗條件與操作
傳統蛋白質表達技術需要進行基因克隆、宿主轉化、細胞培養、蛋白表達誘導和優化以及蛋白收集和純化等復雜步驟，同時需要優化細胞培養條件以確保蛋白質的高效表達。
而CFPS技術則無需進行細胞培養，直接利用細胞裂解液進行蛋白質合成，從而簡化實驗步驟。此外，還可以通過調整反應體系的組分濃度和添加劑來實現對蛋白質合成的精確控制。
3.表達效率與產量
傳統蛋白質表達技術的表達效率和產量受細胞生長狀態、培養條件以及外源基因與宿主細胞的兼容性等多種因素影響。
CFPS技術由于直接在體外進行蛋白質合成，可以避免細胞內的復雜調控機制，從而有可能實現更高的表達效率和產量。同時，還可以通過優化反應條件來進一步提高蛋白質的合成效率。
4.應用靈活性
傳統蛋白質表達技術受限于宿主細胞的生理特性和遺傳背景，某些特定蛋白質可能難以在特定宿主細胞中表達或正確折疊。
CFPS技術則具有更高的靈活性，可以使用多種來源的細胞裂解物或酶類反應系統來進行蛋白質合成，從而更好地適應不同蛋白質的生產需求。還可以用于生產具有特殊修飾或標記的蛋白質，以及進行高通量蛋白質合成實驗。
5.成本與時間
傳統蛋白質表達技術需要耗費大量時間和資源來培養、收集和純化細胞，同時還需要考慮細胞的保存和傳代等問題。
CFPS技術則無需進行細胞培養等耗時耗力的步驟，從而可以縮短實驗周期并降低實驗成本。此外，由于CFPS系統的反應體系相對簡單且易于控制，因此還可以提高實驗的可重復性和一致性。
由此可見，傳統的基于細胞的蛋白質表達技術與CFPS技術在技術原理、實驗條件、操作步驟、表達效率、蛋白產量、成本、時間以及應用靈活性等多方面都存在顯著差異。
圖2:傳統的基于細胞的蛋白質表達與CFPS的蛋白質表達
兩種方法的選擇：
根據上述內容，我們可以看到CFPS與傳統的蛋白質表達相比，具有以下幾個明顯的優勢：
1.表達速度快
CFPS無需進行細胞培養和維護，因此可以迅速啟動蛋白質的合成過程，大大縮短了從基因到蛋白質的生產周期，提高了實驗效率。傳統的蛋白質表達則需要較長的時間來培養細胞，并在細胞內進行蛋白質的合成和積累。
2.靈活性更高
CFPS系統對反應條件相對不敏感，可以在不同的溫度、pH等環境條件下進行。此外，還可以通過調整添加的底物和輔因子濃度來優化蛋白質的表達。這種靈活性使得CFPS能夠更好地適應不同蛋白質的生產需求，并有望解決傳統表達系統中某些蛋白質表達困難的問題。
3.高表達水平
CFPS系統不受細胞生長和復制的限制，能夠充分利用所有添加的底物進行蛋白質的合成。這種高效率的表達有助于滿足大量蛋白質生產的需求。
4.拓寬可表達蛋白質的范圍
一些在傳統的基于細胞的表達系統中難以表達的蛋白質，如無法正確折疊的復雜蛋白質、毒性蛋白質或膜蛋白等，在CFPS系統中能夠得到更好的表達。這為研究和應用這些特殊蛋白質提供了新的可能性。
綜上所述，無細胞蛋白表達技術以其高效、快速、靈活和簡化的特點，在某些方面相較于傳統的蛋白質表達方法展現出顯著的優勢。
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