提起膜蛋白，浮現在廣大從事蛋白研究的科研工作者腦海中的是兩點：1.膜蛋白功能的重要性。2.膜蛋白研究的困難性。

*，膜蛋白在細胞間接觸、表面識別、信號轉導、酶活性和運輸方面都扮演著重要的角色。由于它們功能多樣，也就成為理想的藥物靶點。然而，膜蛋白的生化和結構研究一直都很緩慢。Protein Database的統計數據表明，在成功解析出三維結構的蛋白中，膜蛋白只占1%，這與膜蛋白占總蛋白的1/3的總量的差別巨大。由此也可以看出膜蛋白研究確實困難重重。

圖 1. 利用QIAgenes優化序列，昆蟲細胞體外進行膜蛋白表達。 利用 EasyXpress Insect Kit II，crude lysates （T）， supernatant （S）， and pellet fraction （P） by SDS-PAGE and western blotting using Penta·His antibodies. Note that microsomes with integrated membrane proteins are visualized in the pellet fraction （P） after centrifugation of the reaction.

由于膜蛋白的過表達可能對細胞有毒性，并且在純化時很難選擇合適的溶解試劑，再加上目前對膜蛋白晶體培養缺少有效方法和模型，所以要想順利地獲得膜蛋白的三維數據更是難上加難。幸虧技術總在進步，創新的產品也不斷涌現。QIAGEN在2009年推出了膜蛋白的整體解決方案：QIAgenes Expression Kit-解決膜蛋白表達難題；Ni-NTA membrane Kit-率純化重組膜蛋白；NeXtal Cubic Phase Kit-輕松獲得膜蛋白晶體不再是夢想。

QIAgenes Expression Kit預制蛋白表達載體，可以幫你克服蛋白（包括膜蛋白）表達的難題。該預制表達載體采用先進的GeneOptimizer軟件，對DNA序列進行以下方面的優化：稀有密碼子，GC含量，ARG位點，可變剪切點，mRNA二級結構等因素進行優化，確保優化后的序列能在E.coli的體內，體外，真核細胞的體內或體外，以及哺乳動物細胞中進行表達。

成功表達了膜蛋白，接下來的挑戰就是怎么分離出表達的膜蛋白。與可溶性蛋白不同，膜蛋白具有單重或多重跨膜結構容易發生聚集，導致膜蛋白很難溶解。目前常用的方法就是去污劑進行膜蛋白的溶解。去污劑同時具有疏水和親水區域，和膜蛋白可以形成膜蛋白-去污劑的復合物，從而可以進行進一步的純化。但是這里必須要指出的是，由于膜蛋白的種類不同，適合其溶解的去污劑類型也不一樣，這就需要在溶解膜蛋白是篩選一系列的去污劑以獲得佳的溶解效果。為了從事膜蛋白研究工作者的寶貴時間，QIAGEN推出了Ni-NTA Membrane Protein Kit，專門用于帶有His標簽的重組膜蛋白的溶解和后續純化。

Ni-NTA Membrane Protein Kit有兩部分組成，一部分是膜蛋白的溶解試劑，該部分包括7種常用的去污劑，用于供客戶篩選適合自己的去污劑；另一部分是Ni-NTA純化試劑，用于在膜蛋白溶解用，利用His標簽和Ni-NTA的親和特性進行進一步純化。該試劑盒大的優勢在于幫助膜蛋白研究者在短的時間篩選得到優的去污劑，并且進行Ni-NTA純化獲得純度高的膜蛋白。

圖 2. 利用QIAGEN Ni-NTA membrane Kit篩選適合NhaA 的去污劑類型。
實驗結果表明，OG和NG不適合該膜蛋白的溶解，可以選擇DM， LDA0， DDM Cy6， 和FOS 進行NhaA溶解. M： His-tagged marker proteins。

圖 3.  選擇DDM進行NhaA的溶解，然后利用Ni-NTA進行純化。
TP: total protein; SF: soluble fraction; FT: flow-through fraction; W: wash fraction; E: eluate; M: markers.

在成功的純化得到膜蛋白后，如果想獲得膜蛋白的三維結構，又要面臨一個難題。據Protein DataBase 的統計數據表明，在成功解析出結構的蛋白中，膜蛋白只占了1%左右的比重。由此也可以看出，膜蛋白缺乏缺乏有效的結晶方法。目前常用脂立方相法建立膜蛋白的結晶實驗。但是該方法存在以下局限性：1.步驟超多，建立實驗過程非常復雜2.容易造成結晶孔間的交叉污染3.不適合高通量實驗4.浪費膜蛋白。為了使膜蛋白的結晶成功率提高，QIAGEN開發出了NeXtal® CubicPhase Kit。

NeXtal® CubicPhase Kit之所以能夠提高膜蛋白結晶的成功率，主要原因：1.采用NeXtal CubicPhase μplate，這種結晶板修飾了monoolein (MO，用于建立脂立方相)，另外這種結晶板具有非常好的光學特性，在可見光下就可以觀測到膜蛋白晶體。2.采用專門的膜蛋白結晶溶液，QIAGEN專門開發出CubicPhase I＆II Suite用于膜蛋白結晶。 NeXtal® CubicPhase Kit非常適合高通量膜蛋白結晶。

圖4. NeXtal CubicPhase μplate結晶板，結晶孔修飾DMO。
  

圖5.利用eXtal CubicPhase Cystallization System成功進行了bacterio-rhodopsin (BR) 結晶。