原核表达系统大揭秘：如何用大肠杆菌轻松“打印”蛋白质

重组蛋白是通过基因工程将目的基因插入宿主细胞，利用细胞自身机制表达外源基因，从而生成大量的蛋白质。这些蛋白包括抗体、受体、生长因子、细胞因子、酶等，广泛应用于生物制药、科学研究以及诊断等领域。

重组蛋白的“代工厂”主要分为原核表达系统与真核表达系统。原核表达系统以大肠杆菌为代表，其遗传背景清晰、操作简单、周期短、成本低，是实验室最常用的“打工人”。真核表达系统主要有酵母系统、哺乳动物细胞以及昆虫表达系统，好似“高端定制物流”，更适合表达生产分子量较大或更复杂的真核蛋白质。

今天，我们就来重点聊聊这位“平价打工人”——大肠杆菌表达系统。

大肠杆菌（Escherichia coli，E. coli）作为经济实惠的系统，一直是重组蛋白质表达的绝对主力，应用最为广泛。如二硫键数量＜3个、蛋白分子量＜100kDa、 小型整合的膜蛋白，都可尝试采用大肠杆菌表达系统。

大肠杆菌不同菌株具有不同的基因型，功能差异较大，选择合适宿主菌，是大肠杆菌蛋白表达的重要因素，可提升实验成功率。

宿主菌的选择主要结合目的蛋白以及宿主菌的特性，如目的蛋白需要二硫键可以选择Origami系列，改变胞质氧化还原环境，促进二硫键形成，从而促进蛋白的可溶性及活性表达。有些蛋白基因产物为毒性蛋白，可能导致细胞生长困难，可以选择pLysS菌株。目的蛋白含有较多稀有密码子可用 Rosetta 系列，提高外源基因的表达水平。

研究人员想获得高活性的 Exonuclease III，这是一种常用于DNA修复和分子克隆实验的关键工具酶。他们通过筛选合适的大肠杆菌菌株，并系统优化培养条件，最终成功获得了表达量更高、纯度更高、活性更强的重组核酸外切酶 III，与市场在售产品相比，这款“实验室自产版”酶在多个关键指标上表现更优。

说到底，蛋白表达就像寄快递：普通货随便挑，贵重物需精选。大肠杆菌系统就是我们实验室里那个“便宜又高效”的快递员，有的擅长送“普通包裹”，有的专攻“贵重易碎品”。所以，下次想让大肠杆菌帮你打工产蛋白，别忘了先看看你的“货物”是什么脾气，选对菌株，才能让蛋白稳稳当当、活性满满地送达。

参考文献：

[1] 苗朝悦, 杜乐等.重组蛋白质在大肠杆菌体系中的可溶性表达策略.中国生物工程杂志, ２０２３，４３（９）：３３４