選擇合適的蛋白表達系統是重組蛋白成功表達的關鍵。需要考慮以下方面的因素，包括：目標蛋白性質、用途、蛋白質產量和成本。此外，許多蛋白質表達項目也存在著風險，尤其是大蛋白、膜蛋白、核蛋白和具有大量翻譯后修飾的蛋白質。
目前卡梅德生物可以提供幾種表達系統可供客戶選擇，不同的系統有不同的特性和應用。在這里，我們將介紹四種常用于研究和工業級別的表達系統。即：細菌表達系統、酵母表達系統、桿狀病毒表達系統和哺乳動物表達系統。
 
1. 原核表達系統
大腸桿菌表達系統是最主要也是最成熟的表達系統。主要方法是將目標DNA片段導入宿主細胞。然后用IPTG誘導蛋白表達。
大腸桿菌表達系統作為最早開發和應用最廣泛的經典表達系統，具有遺傳背景清晰、選育快、成本低、表達量高、產品純化容易、穩定性好、抗污染能力強、應用范圍廣等優點。然而，在原核表達系統中也存在許多缺點：例如并非所有的蛋白質都是可溶的。細胞質中錯誤折疊的蛋白質能形成稱為包涵體的不溶性聚集物，這導致了蛋白難以純化。此外，原核表達系統的翻譯后修飾過程不完善，表達產物的生物活性較低。
因此，其他更復雜的系統也正在開發中；這些系統可能允許以前認為在大腸桿菌中不可能表達的蛋白質的表達，例如糖基化蛋白質。
2. 酵母表達系統

酵母表達系統作為一種新的外源蛋白表達系統，具有原核和真核表達系統的優點。它在基因工程領域得到了廣泛的應用。1996年對釀酒酵母全基因序列進行了測序。釀酒和面包行業使用釀酒酵母已有數千年的歷史，被認為是不產生毒素的GRAS（一般公認為安全的）生物，也被FDA認可。因此，酵母系統表達的產物不需要進行大量的宿主安全性實驗。然而，與新的酵母系統相比，釀酒酵母表達系統不適合于高密度培養，缺乏強有力和嚴格的調控啟動子。分泌效率低。尤其是分子量大于30kD的許多靶蛋白幾乎不分泌。
后來，人們開發了裂變酵母和甲醇酵母表達系統。其中，甲醇酵母表達系統是應用最廣泛的酵母表達系統。目前，甲醇酵母主要有H多晶型、博迪念珠菌和畢赤酵母。畢赤酵母是最受歡迎的工具。大多數甲醇酵母含有甲醇酵母氧化酶基因-1（AOX1），外源基因在啟動子（paox1）作用下表達，PAOX1是以葡萄糖或甘油為碳源的強啟動子，AOX1基因在甲醇酵母中的表達通常受到抑制。當甲醇為唯一碳源時，PAOX1可以被活化，因此，在該基因的控制下，AOX1基因的表達可以增加。利用甲醇酵母來表達外源蛋白的產量通常可達到克級別。與釀酒酵母相比，其翻譯更接近哺乳動物細胞，不發生高糖基化。
 
3. 昆蟲桿狀病毒表達系統
昆蟲表達系統是一種廣泛應用的真核表達系統，具有翻譯和修飾類似于高等真核生物的外來蛋白質的能力。重組桿狀病毒在昆蟲細胞系統中表達外源蛋白是一種較為流行的表達方法。蛋白質含量可達1~500mg/L，但受到培養基、供氧量、對數生長等多種因素的限制和影響。
桿狀病毒是已知的昆蟲病毒中最大的一類，是最早、研究最多、最適用的昆蟲病毒。桿狀病毒基因組是一個80-160kb大小的單封閉環狀雙鏈DNA分子。它的基因組可以在昆蟲的細胞核中復制和轉錄。DNA復制被組裝在桿狀病毒的樹皮中，具有很大的靈活性，可以容納大量的外來DNA插入片段。它是表達DNA大片段的理想載體。
桿狀病毒系統的主要優點包括：
* 重組蛋白具有蛋白質正確折疊和二硫鍵等完整的生物學功能；
* 翻譯后的修飾；
* 高表達水平，高達總蛋白量的50%；
* 適應大片段插入蛋白；
* 可同時表達多種基因。
主要的缺點是外源性蛋白表達受到病毒啟動子的控制較緩慢，使得細胞由于病毒感染而開始死亡。
昆蟲表達系統通常用于膜蛋白的生產，盡管糖基化可能與脊椎動物中發現的不同。一般來說，使用它比使用哺乳動物病毒更安全，因為它的宿主范圍有限，不經修飾就不會感染脊椎動物。
 
4. 哺乳動物表達系統
哺乳動物細胞中表達的重組蛋白通常使用質粒轉染和病毒載體感染。穩定的質粒轉染細胞株需要數周甚至數月的時間，而病毒載體可以在幾天內迅速感染細胞。
根據蛋白質表達的時空差異，表達系統可分為瞬時表達系統、穩定表達系統和誘導表達系統。瞬時表達系統是指宿主細胞在沒有選擇壓力和外源載體的情況下，隨著細胞分裂而使得表達逐漸喪失。靶蛋白表達持續時間短。瞬態表達系統的優點是實驗周期短、簡單。穩定的表達系統意味著載體DNA在宿主細胞內長時間穩定的復制和表達。由于選擇阻力和壓力步驟的需要，穩定表達相對耗時費力。誘導表達系統是指靶基因在外來小分子誘導下開始表達。使用異源啟動子、增強子和可擴增的遺傳標記可以增加蛋白質的產量。
哺乳動物表達系統在蛋白質起始信號、加工、分泌、糖基化方面具有獨特的優勢，適用于表達完整的大分子。
哺乳動物細胞產生的外源蛋白，與天然蛋白相近，其活性遠遠高于原核生物表達系統或酵母、昆蟲等真核表達系統產生的蛋白質。該技術的缺點是工藝復雜、要求高、產量低，有時還存在病毒感染。

所有這些表達系統都有優缺點。大腸桿菌和酵母表達系統的優點是表達水平高、成本低，但它們的修飾系統不同于昆蟲細胞和哺乳動物細胞；哺乳動物細胞產生的蛋白質與天然蛋白質相似，但缺點是表達水平低，操作復雜。不同表達系統產生的重組蛋白的生物學活性和免疫原性有時因翻譯后加工的轉移而不同。因此，在考慮選擇哪一種表達系統時，需要考慮多種因素，如靶蛋白是否具有毒性、蛋白是否需要生物活性、蛋白是否需要糖基化以及成本效益、產量、純化、安全性等。
 
表1 四種表達系統的簡單比較