[一块砖头]之5-浅论基因表达系统的选择（原创）

  本文就基因表达系统选择的原则做一粗略论述，抛砖引玉
  基因表达是基因工程的重要内容，是工业、医疗和基础研究领域的重要技术。
  基因表达系统按照基因表达宿主的性质分为原核表达系统和真核表达系统两类，前者主要包括大肠杆菌表达系统和枯草杆菌表达系统等，后者主要包括酵母表达系统、丝状真菌表达系统和哺乳动物细胞表达系统等。
  原核表达系统以大肠杆菌表达系统为代表，具有遗传背景清楚、成本低、表达量高和表达产物分离纯化相对简单等优点，缺点主要是蛋白质翻译后加工机制的缺乏，如二硫键的形成、蛋白糖基化和正确折叠。
  简单单细胞真核生物表达系统以酵母表达系统为代表，其中甲醇酵母具有较大优势（主要包括毕赤酵母Pichia pastoris和汉森酵母Hansenula ploymorpha）。甲醇酵母表达系统主要优点有：表达量高，表达可诱导，糖基化机制接近高等真核生物，分泌蛋白易纯化，容易实现高密发酵等。缺点是并非所有基因都可以获得高表达，当然，这是几乎所有表达系统的共同问题。
  哺乳动物细胞表达系统主要优点是蛋白翻译后加工机制最接近体内的天然形式，缺点是表达量通常较低，生产成本高。
  表达系统选择的根据是研究和开发的目的。具体考虑以下几个方面：
  目的基因的来源，如果是大肠杆菌来源的基因，选择大肠杆菌作为表达系统较好，这主要是考虑到与目的基因来源相同的宿主对于保证蛋白的活性较有利且基因遗传密码的偏爱性较一致。
  生产的成本和工艺放大要求。大肠杆菌和毕赤酵母系统生产重组蛋白的成本低，生产工艺较简单，用于规模化生产较有利。如果是研究需要小量蛋白，主要考虑目的蛋白的活性和小规模纯化制备的方便。
  研究周期和可操作性。在这一点上，大肠杆菌优于酵母，酵母优于细胞。
  蛋白的用途和用量。对于药品开发，这三种宿主都可以选择，但要考虑到报批的要求。如果是体内用，天然的氨基酸序列较重要，最好不要因为基因表达和蛋白纯化的便利引入融合伴侣，如果是制备抗原用于纯化和体外的活性研究则不必太严格。某些蛋白体内活性需要的剂量并不大，如angiostatin，但是，大肠杆菌或酵母表达的蛋白体内半衰期短，所以蛋白用量较大。
  蛋白的天然性质。如果目的蛋白本身是分泌蛋白，则选择分泌表达较好，毕赤酵母分泌表达优势非常显著。对于大肠杆菌系统来说，其蛋白的分泌机制复杂，除了信号肽之外，有些蛋白的分泌和与成熟蛋白的序列有关，而且大肠杆菌的分泌很难进入培养基，通常是在周质空间积累。根据蛋白活性的要求，结合其天然的性质，选择表达系统是非常重要的。
  知识产权的考虑。如果是研究工作，选择商品化的载体较好，因为同行对这些载体也很了解，对于用这些载体做出来的结果容易比较。如果是开发工作，选择表达系统时最好是把载体的知识产权问题考虑进去，否则可能会受制于人。
  总之，选择一种合适的表达系统是开始基因表达工作前的重要步骤，选择的主要依据是研究的目的，结合各种其他参数的综合考虑。这种选择可以充分体现出研究者智慧和风格。