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摘要
无细胞蛋白质合成是无细胞合成生物学的技术核心，亦被称为体外蛋白质翻译，是一种用于补充基于细胞的蛋白质表达的技术。无细胞蛋白质合成系统无需完整的活细胞就可以在体外受控环境中模拟整个细胞的转录和翻译过程，并允许对单个成分和反应网络进行详细深入的研究。因此，无细胞蛋白质合成作为一种平台技术，有望克服当前胞内生产系统中因为细胞膜约束带来的表达局限性，在基础科学研究和应用科学研究中具有广阔的前景。无细胞系统操作简单、便于控制，相对于体内蛋白质表达，其优势还包括其开放特性、消除对活细胞的依赖以及将所有系统物质能量集中在目标蛋白质生产上。本文首先概述了无细胞蛋白质合成系统的组成及基于不同组件类型的无细胞蛋白质合成系统的发展，包括以不同生物提取物为基础的系统以及使用重组元素的蛋白质合成体系。之后介绍了以分批反应、连续交换为代表的无细胞蛋白质合成系统的不同反应模式，阐述了无细胞在基因电路、蛋白质工程和人工“生命体系”构建中的应用和研究进展。其中，基因电路主要概述了无细胞技术在原型设计、生物传感、代谢工程三个方面的最新应用；蛋白质工程依次罗列了无细胞技术在膜蛋白、类病毒颗粒、翻译后修饰、非天然氨基酸嵌入以及蛋白质进化等方面的应用拓展；在人工“生命体系”构建中，噬菌体的合成和人工细胞的构筑开辟了新的前沿领域。最后文章分析了无细胞蛋白质合成系统在未来进一步的科学研究和工业化应用中面临的机遇和挑战。
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