摘要：密码子优化 ：大肠杆菌和真核生物的密码子使用偏好不同。通过将跨膜蛋白基因中的稀有密码子替换为大肠杆菌偏好的密码子，可以提高 mRNA 的稳定性和翻译效率。例如，使用专业的密码子优化软件（如 GeneOptimizer 等）对基因序列进行分析和优化。

使用大肠杆菌表达系统优化跨膜蛋白表达效率可以从以下几个方面入手：

基因序列优化

密码子优化 ：大肠杆菌和真核生物的密码子使用偏好不同。通过将跨膜蛋白基因中的稀有密码子替换为大肠杆菌偏好的密码子，可以提高 mRNA 的稳定性和翻译效率。例如，使用专业的密码子优化软件（如 GeneOptimizer 等）对基因序列进行分析和优化。

基因序列的其他优化 ：去除基因序列中可能影响表达的不利结构，如 mRNA 的二级结构、转录终止信号等。同时，在基因序列的 5' 端添加适当的 Shine-Dalgarno 序列（SD 序列），以增强核糖体的结合效率，提高翻译起始效率。

诱导条件优化

诱导温度 ：降低诱导温度可以减缓大肠杆菌的生长速度，使蛋白合成速度相对加快，有利于跨膜蛋白的正确折叠和表达。一般可以将温度从 37℃ 降低到 25 - 30℃，在较低温度下诱导 12 - 24 小时，以提高跨膜蛋白的表达量和可溶性。

诱导剂浓度和诱导时间 ：优化诱导剂（如 IPTG 等）的浓度和诱导时间对提高跨膜蛋白表达效率至关重要。通过进行梯度实验，确定最佳的诱导剂浓度和诱导时间组合。例如，可以设置不同浓度的 IPTG（从 0.01mM 到 1mM）和不同诱导时间（从 1 小时到 24 小时）的实验组，检测跨膜蛋白的表达量和可溶性。

融合蛋白策略

与亲水性蛋白融合 ：将跨膜蛋白与亲水性较好的蛋白（如 β - 酪蛋白、麦芽糖结合蛋白等）融合表达，可以增加跨膜蛋白的溶解性，减少包涵体的形成。例如，将跨膜蛋白基因与 β - 酪蛋白基因连接，在大肠杆菌中表达后，得到的融合蛋白更容易形成可溶性状态，便于后续的纯化和复性。

与疏水性标签融合 ：对于一些自身疏水性较强的跨膜蛋白，可以考虑与疏水性标签（如 His 标签等）融合。虽然 His 标签本身具有一定的亲水性，但可以方便蛋白的纯化，并且在一定程度上有助于跨膜蛋白在细胞内的正确折叠和表达。

添加分子伴侣

分子伴侣可以帮助跨膜蛋白正确折叠，提高其可溶性和活性。在大肠杆菌中同时表达分子伴侣（如 GroEL/GroES 等）与跨膜蛋白，可以为跨膜蛋白折叠提供有利的环境。例如，构建共表达 GroEL/GroES 和跨膜蛋白的重组质粒，在诱导表达时，分子伴侣可以协助跨膜蛋白正确折叠，减少错误折叠和聚集。

细胞膜通透性调整

通过使用化学物质（如乙醇、十二烷基硫酸钠等）或基因工程手段调整大肠杆菌细胞膜的通透性，有助于跨膜蛋白更好地插入到细胞膜中进行表达。例如，适当增加细胞膜的通透性可以使跨膜蛋白更容易暴露在细胞膜表面，提高其可溶性和功能活性。

筛选和驯化

筛选高表达菌株 ：对大量的大肠杆菌克隆进行筛选，选择表达量较高的菌株进行后续培养和应用。可以通过小规模的诱导实验，利用 Western blotting 或 ELISA 等方法检测跨膜蛋白的表达量，挑选出高表达的菌株。

适应性驯化 ：对大肠杆菌进行适应性驯化，使其逐渐适应表达跨膜蛋白的条件。例如，在含有低浓度的跨膜蛋白表达诱导剂的培养基中先进行培养，然后逐步增加诱导剂浓度，使大肠杆菌细胞逐渐适应跨膜蛋白的合成过程，提高跨膜蛋白的表达效率。

来源：橘猫小妖