與其它表達系統相比，體外表達是獲取蛋白的最快方法。從PCR或者質粒模板開始，到體外蛋白質的合成及功能檢測僅需幾個小時，省去了轉化、轉染、挑克隆等諸多繁瑣的步驟，且不需要任何宿主菌，因此，特別適用于體外合成毒性蛋白及易受蛋白酶水解的蛋白質。

市場上銷售的體外表達系統多是由E.coli S30、兔網織紅細胞或者麥胚的提取物衍生而來。這些系統往往有一個缺陷：常常有非特異性核酸酶和蛋白酶影響蛋白質合成。此外，細胞提取物就像一個“黑匣”，許多不確定因素會改變和影響下游實驗。

雖然上述這些不利因素可以通過以下方法部分克服，例如：使用經過基因工程改造的菌株、加入多種抑制劑等，但是，無論怎樣，都不能從根本上解決問題。

2001年，東京大學的Takuya Ueda博士和同事首次利用重組的元件在體外合成蛋白質，除了來自E.coli的高度純化核糖體和rRNAs外，其余組份都是重組蛋白。這就是“PURE”系統，即Protein synthesis Using Recombinant Elements的縮寫，后經日本東京的Post Genome Institute (PGI)商業化。NEB公司獲得了PGI的授權，并經過優化改良，開發出新一代的PURExpress體外蛋白質合成試劑盒。

PURE系統中的所有活性組份都來自于重組，避免了核酸外切酶，RNase和蛋白酶的污染，使DNA模板不被降解，表達的蛋白也不會有任何降解和修飾。轉錄和翻譯過程僅需混合兩管試劑，一步反應即可完成，省去大量實驗時間，特別適合于高通量分析。

PURE系統的組分
■ 攜帶His-Tag的翻譯因子
-起始因子（IF1、IF2、IF3）
-延伸因子（EF-Tu、EF-Ts、EF-G）
-釋放因子（RF1、RF2、RF3）
-核糖體再生因子
-20種氨基酸tRNA合成酶
-甲硫氨酰tRNA甲酰轉移酶
■ E.coli核糖體
■ E.coli tRNAs
■ 能量再生系統
■ NTPs、氨基酸、鹽、緩沖液

此外，試劑盒中應用重組T7 RNA聚合酶應用于轉錄和翻譯。PURE系統向體外轉錄和翻譯蛋白質邁出了重要一步，避免了細胞提取系統的“黑匣”作用。

PURE系統的優勢和適用范圍
PURE系統比其他體外表達系統使用更方便，合成能力更強。最為顯著的優點就是去除了所有污染可能。該系統可用于表達絕大多數蛋白質，表達量超過100 μg/ml。由于翻譯混合液的背景表達很低，因此，合成后的蛋白質通常不需要提純就可以直接用于檢測。PURE系統中所有蛋白因子都是重組蛋白質并且融合有His-tag，以便“反向”純化表達的蛋白質，正是由于系統成份的高純度，產品壽命也得到了延長，試劑盒經得起反復凍融5次，而不影響其活性。

新一代的體外表達系統應該包含有特定的組分，無背景表達，并且在高表達的同時能夠對各種蛋白質進行正確折疊。PURE系統就是向此方向努力的一個典型，改進的重組系統將更適用于不同用戶的要求，如：表達膜蛋白、多亞基聚合體和特殊修飾蛋白等復雜蛋白；允許合成條件的改變，如：提高或降低溫度、改變離子強度和調控氧化還原環境等。

PURE系統提供了以下幾個優勢：
■ 無核酸內切酶和蛋白酶活性，減少了樣品降解
■ 適用于環狀和鏈型模板
■ 方便使用，混合兩管試劑后加入DNA模板
■ 僅需約一小時就可完成蛋白質表達
■ 純化的組份為翻譯、分泌和折疊提供更嚴格的控制
■ 純化步驟簡便，轉錄/翻譯成份可通過親和層析去除
■ 試劑經得起多次凍融

（生物通 余亮）