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毒性蛋白也能轻松生产？探索CFPS的超能力！
在生物学界，无细胞蛋白质合成（Cell-Free Protein Synthesis，简称CFPS）正在引起越来越多的关注。这种技术允许科学家们在无需活细胞的情况下生产蛋白质，其潜力正在被充分发掘。今天，我们将深入探讨CFPS的工作原理、优势、应用及其在未来的可能性。
CFPS的基本原理
无细胞蛋白质合成是利用细胞的生物机械在受控环境中合成蛋白质的过程，与传统的活细胞蛋白质合成相比，CFPS不受细胞膜和生存状态的限制。
CFPS 结合了各种生化组件，如细胞提取物、能量来源、氨基酸供应、以及携带期望基因的 DNA。
这些成分取自目标细胞，通过破坏细胞结构和离心过程获得必要的细胞机制，包括核糖体、氨基酰-tRNA合成酶及其它转译相关因子。
CFPS的优势
CFPS的优势显而易见，首先是时间效率。制备细胞提取物的过程通常仅需1至2天，而活细胞的蛋白质表达可能需要1至2周。此外，CFPS的开放反应环境使得化学条件的直接操控成为可能，可以轻易调整浓度和取样。
CFPS的另一大优势是能够生产有毒的蛋白质，这在活细胞中则相对困难。
这一点尤其重要，因为某些期望的蛋白质在合成过程中会对细胞造成毒性，而CFPS则无需担心这一问题。
CFPS的应用
CFPS在许多领域都有潜在的应用，包括合成不自然氨基酸的蛋白质结构，这一步对于合成生物学尤为关键。
透过CFPS，我们可以探索合成生物学的边界，包括蛋白质进化、纳米机器以及疫苗和药物疗法的病毒样颗粒合成。
限制与挑战
尽管CFPS有许多优势，却也面临挑战，尤其是DNA的降解问题。在细胞提取物中，内源性核酸酶可能会攻击矩形表达模板（LETs），这使得LETs相比于质粒更脆弱。
研究者正努力通过使用抑制核酸酶的蛋白，如噬菌体λ gam蛋白，来提高LETs的产量，并使其类似于质粒的产量。
无细胞系统的类型
当今常用的无细胞提取物来自不同的来源，如大肠杆菌、兔子红血球、小麦胚芽等等。每种提取物都有其独特的优势和缺点，其中大肠杆菌提取物因其经济和高产量而受到青睐。
CFPS的历史
无细胞蛋白质合成技术已经有超过60年的历史。早在1961年，马歇尔•尼伦贝格和海因里希•J•马塔伊就在国立卫生研究院进行了第一个编码子测定，并首次展示了CFPS的潜力。他们利用CFPS翻译了一段多尿嘧啶RNA序列，发现合成的多肽只包含苯丙氨酸，从而推断出UUU编码苯丙氨酸。
随着科技的不断进步，无细胞蛋白质合成的技术和应用会更加广泛，并为各种生物医疗和高科技行业提供可能的解决方案。然而，随着领域的扩展，我们不禁要思考，未来CFPS是否能在生命科学中开创全新的篇章，成为解决人类健康问题的一把钥匙？
