前言

在當今的生物技術(shù)領域，高通量重組蛋白表達技術(shù)在基礎研究和商業(yè)應用中扮演著非常重要的角色。隨著后基因組時代的到來，研究人員對大規(guī)模蛋白表達和純化的需求日益增長，大腸桿菌因其易于遺傳操作、低成本、生長迅速成為生產(chǎn)重組蛋白的首-選微生物宿主。本文將綜述大腸桿菌中高通量重組蛋白表達的現(xiàn)狀和未來展望，探討從目的基因獲取到蛋白表達和純化的先-進技術(shù)，并討論如何克服重組蛋白表達過程中的挑戰(zhàn)。

高通量重組蛋白表達技術(shù)

高通量研究是一種能夠同時檢測數(shù)千個生物分子，使大規(guī)模重復成為可能的研究。20世紀90年代初，第-一臺DNA測序儀被開發(fā)出來，人類基因組計劃隨之開啟，高通量技術(shù)在DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和代謝物檢測的需求也急劇增加。自該技術(shù)提出以來，大腸桿菌中高通量重組蛋白表達和純化已經(jīng)得到了廣泛的應用。

1. 目的基因的制備

獲取目的基因是重組蛋白表達的第-一步。傳統(tǒng)的方法是從cDNA文庫中直接克隆基因，但這種方法存在局限性，如從庫中篩選基因較為費時以及難以添加融合標簽等。高通量PCR技術(shù)是目前獲取目的基因最-常用的技術(shù)，設計引物并調(diào)整好參數(shù)后，即可在PCR儀中自動完成目的基因的制備。 

2. 表達載體的高通量構(gòu)建

研究人員開發(fā)了多種構(gòu)建表達載體的克隆方法，包括基于限制性內(nèi)切酶的克隆、重組克隆和不依賴于連接反應的克隆等。這些方法各有優(yōu)勢和局限性，但在近年來都有顯著改進。例如，基于限制性內(nèi)切酶的克隆因其簡單、高效、通用和成本效益而備受關(guān)注。一個理想的大腸桿菌表達載體應具備選擇標記、復制起點、轉(zhuǎn)錄啟動子、5'非翻譯區(qū)（5'UTR）和翻譯起始位點。此外，融合標簽的添加對于目的基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白表達同樣至關(guān)重要。

3. 大腸桿菌表達菌株的選擇和細胞培養(yǎng)

為保證蛋白質(zhì)表達成功及其表達質(zhì)量，應選擇合適的大腸桿菌菌株，如BL21及其衍生菌株是較常用的重組蛋白生產(chǎn)菌株。培養(yǎng)大腸桿菌比較簡單的方法是分批培養(yǎng)，但此方法對生長的控制比較有限。近年來，高通量培養(yǎng)技術(shù)使研究人員能夠在一系列發(fā)酵條件下處理大量樣品，大大加快了生產(chǎn)時間。

4. 高通量蛋白表達和純化

高通量平臺可以快速克隆基因、挑選菌落、分離質(zhì)粒DNA、轉(zhuǎn)化細菌、表達和純化蛋白質(zhì)。這些平臺雖然成本高昂，但為復雜的分子生物學實驗操作提供了極大的便利。

結(jié)論與展望

大腸桿菌中的高通量重組蛋白表達技術(shù)極大的推進了重組蛋白的表達進程。盡管存在挑戰(zhàn)，但通過不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，研究人員正在朝著更高效可靠的蛋白質(zhì)生產(chǎn)系統(tǒng)改進。未來的發(fā)展方向包括進一步優(yōu)化克隆方法、開發(fā)新的融合標簽、改進表達載體和菌株，以及利用高通量技術(shù)實現(xiàn)從DNA到大規(guī)模蛋白質(zhì)生產(chǎn)的快速轉(zhuǎn)變等。

參考文獻：

Jia B, Jeon CO. High-throughput recombinant protein expression in Escherichia coli: current status and future perspectives. Open Biol. 2016;6(8):160196. doi:10.1098/rsob.160196