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在合成生物學蓬勃發展的當下，無細胞蛋白合成技術（Cell-Free Protein Synthesis, CFPS）因其 “脫離活細胞束縛” 的特性，正成為生物醫藥、合成生物學、工業酶制劑等領域的核心突破點。近日，專注于該技術研發的珀羅汀生物 CEO 崔金輝博士接受了本刊專訪，深度解析這項技術的底層邏輯、產業價值及珀羅汀生物的創新路徑。
問：珀羅汀生物選擇深耕無細胞蛋白合成技術，是基于怎樣的行業觀察與技術判斷？這項技術與傳統細胞表達系統的本質區別是什么？
崔金輝博士：傳統細胞表達系統（如大腸桿菌、酵母、哺乳動物細胞）依賴活細胞的代謝網絡，存在三大痛點：一是耗時周期長，從細胞構建到蛋白純化通常需要數周甚至數月；二是難突破 “細胞毒性” 限制，許多功能蛋白（如膜蛋白、毒素蛋白）會導致宿主細胞死亡；三是工藝靈活性低，難以快速響應多品種、小批量的蛋白合成需求。
無細胞蛋白合成技術通過提取細胞裂解反應液（包含核糖體、tRNA、酶等核心元件），在體外重構翻譯體系，本質上是將蛋白合成從 “細胞內黑箱” 轉化為 “體外可編輯系統”。我們判斷，隨著基因治療、個性化疫苗、酶工程等領域對 “快速、精準、安全” 蛋白合成的需求爆發，CFPS 技術將成為傳統細胞表達的重要補充，甚至在特定場景實現替代。
問：業內普遍認為無細胞蛋白合成存在 “產量低、持續時間短” 的瓶頸，珀羅汀生物如何通過技術創新突破這一局限？
崔金輝博士：針對產量低的問題，我們首先對無細胞反應體系中的關鍵組分進行了優化。通過改造核糖體，使其與 mRNA 的結合更加高效，同時提高核糖體的循環利用率，從而加速了蛋白質合成的速率。此外，我們還優化了氨基酸和 tRNA 的供應系統，確保了翻譯過程中的底物充足，避免了因底物匱乏導致的合成中斷。
在提高反應持續時間方面，我們引入了一種高效的能量再生系統，能夠持續為無細胞反應提供 ATP 等能量分子，維持反應的進行。同時，我們還引入了蛋白質穩定劑，能夠有效保護合成的蛋白質免受降解，延長了反應的時間窗口。
此外，我們還建立了自動化高通量合成平臺，實現了反應條件的精準調控和快速篩選。平臺能夠同時處理多個反應體系，快速測試不同的參數組合，大大縮短了技術優化的周期。
問：目前珀羅汀生物的技術已在哪些領域實現商業化應用？能否分享具體案例？
- 生物醫藥：在生物醫藥領域，我們的無細胞蛋白合成技術為膜蛋白的表達提供了全新的解決方案。膜蛋白是眾多藥物靶點，傳統表達方法因其疏水性導致產量低、易聚集。我們的無細胞系統通過優化反應環境，如添加特殊的去污劑和折疊輔助因子，成功解決了這些問題。我們的技術能夠合成高質量的膜蛋白，為藥物篩選和結構研究提供了關鍵的工具。例如，我們為一家制藥公司合成了用于藥物靶點研究的 G 蛋白偶聯受體（GPCR）膜蛋白，其純度和活性達到了客戶要求，大大加速了其藥物研發的進程。
在創新藥物研發和特殊蛋白定制方面，我們的非天然氨基酸定點插入與表達平臺優勢顯著。通過改造氨酰 - tRNA 合成酶和 tRNA，我們能夠將非天然氨基酸特異性地插入到目標蛋白的特定位置。這一技術為進一步優化蛋白的結構和功能提供了可能，為新型藥物的研發和生物材料的開發開辟了新的途徑。 -
合成生物學：在合成生物學領域，我們利用無細胞蛋白合成技術快速構建和篩選復雜的生物分子網絡。例如，我們與高校和科研機構合作，建立了基于無細胞系統的基因線路快速測試平臺。研究人員能夠在短時間內測試多種基因線路的設計方案，大大提高了研究效率。
此外，我們還在探索無細胞系統與微流控芯片的結合，構建便攜式蛋白合成裝置。這一裝置有望在未來應用于野外醫療、太空探索等極端場景，實現即時的蛋白合成和檢測。 - 工業酶制劑：定制化酶的 “柔性產線”為化工企業定制合成新型脂肪酶，用于可降解塑料的生物催化。無細胞系統支持 “多酶共表達” 與 “定向進化文庫快速構建”，幫助客戶在 4 周內完成從基因序列到工業酶制劑的全流程開發，較傳統方法提速 50%。
問：在全球競爭格局中，珀羅汀生物的差異化優勢是什么？如何看待國內無細胞蛋白合成產業的發展潛力？
中國擁有全球最完整的生物制造產業鏈，從上游基因合成、中游蛋白制備到下游制劑生產，形成了緊密協同的生態。隨著合成生物學被列為 “十四五” 重點發展方向，無細胞蛋白合成技術作為 “卡脖子” 環節的突破口，將在疫苗快速響應（如新型病毒抗原合成）、生物制造綠色化（替代化學合成）等領域釋放巨大價值。
問：您如何定義無細胞蛋白合成技術的終極形態？珀羅汀生物的下一個技術目標是什么？
珀羅汀生物正在布局兩大方向：一是開發 “無細胞多酶級聯反應系統”，模擬細胞內復雜代謝通路，實現多步生物合成的體外重構；二是探索 “無細胞體系與微流控芯片的結合”，構建便攜式蛋白合成裝置，未來可應用于野外醫療、太空探索等極端場景。我們相信，無細胞技術將打破 “細胞” 的物理邊界，讓蛋白合成像 “打印文件” 一樣便捷高效。
專訪尾聲，崔金輝博士強調：“無細胞蛋白合成不是顛覆傳統，而是拓展可能性。當技術突破與產業需求同頻共振，合成生物學的‘無細胞時代’正在加速到來?！?隨著珀羅汀生物等企業的技術迭代與生態構建，這項曾被視為 “實驗室黑科技” 的技術，正逐步成為驅動生物經濟發展的核心引擎。
崔金輝博士簡介：
崔金輝/博士
珀羅汀生物 CEO
| 美國康奈爾大學/中國農業科學院聯合培養博士
| 曾在中國科學院微生物研究所及中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所主持科研工作，在DNA納米材料、代謝工程、無細胞合成生物學面擁有豐富的研究經驗，先后帶領研發團隊獲得多項發明專利，主持完成國家級研究課題數項，在國際學術刊物發表SCI論文近二十篇。
| ?2017年作為聯合創始人共同創立了專業從事無細胞蛋白表達的生物技術公司珀羅汀生物，是國內無細胞蛋白表達領域的引領者之一。