包涵体是指细菌表达的蛋白在细胞内聚集（尤其在大肠杆菌中），从而形成无生物活性、不可溶的固体颗粒，在显微镜下观察时为高折射区，与胞质中其他成分有明显区别。对于从事生物、医学等研究领域的科研者而言，包涵体的复性和纯化是非常重要的问题，同时也是一个很棘手的问题。

包涵体的特点

包涵体一般含有50%以上的重组蛋白，其余成分为核糖体元件、RNA聚合酶、外膜蛋白以及脂体、脂多糖等，难溶于水，只溶于变性剂如尿素、盐酸胍等。在大肠杆菌中，包涵体的直径一般在0.2—1.5μm之间。但有些包涵体比较大，直径大于大肠杆菌的直径，使得大肠杆菌有一个突起。在电子显微镜下观察到的包涵体通常呈现致密排布，具有光滑或粗糙的表面形态。包涵体通常以球形存在，但为了适应宿主细胞也会以圆柱形至卵圆形等形态出现。

包涵体的形成原因

大肠杆菌原核表达中包涵体的出现是比较常见的情况，其形成原因是多方面的，可能与环境因素有关，也可能与蛋白自身结构有关。了解包涵体的形成原因有助于我们在实验中采取相应措施，有利于目的蛋白的纯化。

  • 氨基酸组成

    • 一般含硫氨基酸数量越多，包涵体越容易形成，脯氨酸含量对包涵体的形成也具有一定影响。

  • 蛋白表达量

    • 当蛋白合成速度过快时，导致没有足够时间进行肽键折叠，二硫键不能正确配对；此外，过多蛋白间的非特异性结合，也导致蛋白质溶解度降低。

  • 环境因素

    • 重组蛋白所处的环境温度、培养基的成分、PH等对包涵体形成都会有影响，实验研究表明，温度高和PH接近等电点时包涵体容易形成。

  • 蛋白的来源

    • 重组蛋白是大肠杆菌的异源蛋白，由于缺乏真核生物蛋白翻译后修饰所需酶类（如糖基化等），致使中间体大量积累，容易形成包涵体沉淀。

包涵体表达形式的优点

虽然包涵体的形成给蛋白的分离纯化增加了难度，使得纯化过程更加繁琐，但以包涵体形式表达的蛋白在下游生产中也具有一定优势。

  • 包涵体无生物活性，所以进行超声破碎和之后的纯化步骤时，不用担心蛋白活性丧失的问题。
  • 有些蛋白对细胞有毒性，大量表达会导致细胞死亡，从而降低产率，而包涵体形式的蛋白由于丧失了生物活性从而可以大量高效表达。
  • 包涵体形式表达的蛋白，由于包埋了酶攻击的位点，可最大限度地抵抗蛋白酶的攻击。
  • 含有包涵体蛋白的细胞有较大的折射率，表达的产物比较容易进行在线观测定性，不需使用酶学或电泳方法进行鉴定。