在許多研究中，一般難以從天然來(lái)源直接獲得高質(zhì)量的特定蛋白，因此需要將基因克隆至易培養操作的人工載體上，通過(guò)異源表達來(lái)產(chǎn)生特定相關(guān)物質(zhì)。根據所使用的宿主不同，表達系統分為原核生物表達系統和真核生物表達系統。

其中原核表達系統包括有大腸桿菌，枯草芽孢桿菌；真核生物表達系統包括有酵母系統，昆蟲(chóng)桿狀病毒系統，植物細胞，哺乳動(dòng)物細胞等系統，圖1為蛋白表達系統類(lèi)型。根據研究及需要，確定合適表達系統是研究成功的重要因素，可以大幅度降低研發(fā)及生產(chǎn)的成本和時(shí)間。因此了解這些表達系統各自的功能及特點(diǎn)在生物研究中也至關(guān)重要。

圖1：蛋白表達系統分類(lèi)圖

大腸桿菌的應用時(shí)間最長(cháng)，研究最徹底，廣泛使用的表達宿主之一，是蛋白表達的首選宿主。根據使用目的不同，需要選擇不同類(lèi)型的大腸桿菌和表達質(zhì)粒。如擴增基因常使用的菌株有DH5α，TOP10 ，XL10-Gold，SURE等。與其配套使用的擴增質(zhì)粒包括pcDNA系列，pBR322 及其衍生質(zhì)粒，pUC 系列質(zhì)粒及其衍生質(zhì)粒等等。擴增蛋白常使用BL21(DE3)，BL21 Star(DE3)，BL21(DE3)plysS等大腸桿菌菌株，配套表達載體有pET載體，pBAD載體等。

大腸桿菌沒(méi)有真核生物的翻譯后修飾、因此比較適合表達非糖基化蛋白質(zhì)及三級結構相對簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)，不適用表達分子量大，需要翻譯后修飾的蛋白質(zhì)。而且由于大腸桿菌表達過(guò)程中沒(méi)有分子伴侶及其他翻譯后修飾的加工改造，蛋白易形成不可溶狀態(tài)，也就是我們通常所說(shuō)的包涵體。當目的蛋白形成包涵體時(shí)，在純化過(guò)程中加入變性劑對其進(jìn)行變性，成為溶解狀態(tài)，后續對其進(jìn)行復性。由于復性過(guò)程不能準確控制蛋白正確的折疊蛋白的活性及功能可能收到影響。因此當表達產(chǎn)物在原核表達中形成包涵體時(shí)，一般推薦使用具有翻譯后修飾系統的真核生物進(jìn)行表達。

大腸桿菌也具有其他系統不可代替的優(yōu)勢，由于其菌體20分鐘繁殖一代的特性，因此極大縮短了表達時(shí)間。通常按照1/100或者更低的比例進(jìn)行接種（MOI），也只需要對其培養幾個(gè)小時(shí)即可到達穩定期，通常過(guò)夜即可收獲表達產(chǎn)物并且容易實(shí)現高密度培養^[1]；另外，對于大腸桿菌的轉染方式及工藝比較成熟簡(jiǎn)單，一般可通過(guò)制備成感受態(tài)細胞，通過(guò)化轉或者直接電轉的方式即可將目的基因導入其中，轉染效率非常高校；最后，由于其周期短，培養基相對簡(jiǎn)單便宜，在生產(chǎn)工藝中極大的降低了生產(chǎn)成本及時(shí)間，常常被廣泛使用。

枯草芽孢桿菌使用較廣泛的是B. subtilis菌株。人們對subtilis菌株的遺傳背景和生理特性了解僅次于大腸桿菌的微生物。該菌具有很強的胞外分泌蛋白能力。用芽孢桿菌作為產(chǎn)品生產(chǎn)菌也存在一些問(wèn)題，比如蛋白酶對蛋白的降解，質(zhì)粒的不穩定性，分泌表達量相對較低及工藝的不成熟^[2]，后續有需要仍需大量研究對該系統進(jìn)行更好的了解。

總結

原核表達系統具有操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短，生產(chǎn)成本較低，但缺乏真核生物系統翻譯后修飾功能也限制原核表達系統的應用。

參考文獻

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