了解体外转录（IVT）：确保mRNA生产的质量

博客

了解体外转录（IVT）：确保mRNA生产的质量

亚特兰蒂斯生物科学
博客
2025 年 12 月 2 日
阅读时间： 5 分钟

引言

信使RNA（mRNA）技术彻底改变了现代生物技术，推动了诸多突破。 基因疗法、疫苗研发和基于RNA的疗法这项创新的核心在于 体外转录（IVT） — 一种可扩展的、无细胞的从 DNA 模板合成高质量 mRNA 的方法。

通过受控转录反应，体外转录技术（IVT）使研究人员能够 高效地设计、表达和传递基因指令这使其成为研究和临床应用的重要平台。然而，产生可靠的mRNA需要的不仅仅是转录。 确保质量、纯度和一致性 对于实现可重复的生物学性能和法规遵从性而言，每一批产品的品质都至关重要。

定制mRNA生产中的体外转录转化（IVT）工艺

使用 IVT 进行定制 mRNA 生产始于质粒 DNA 模板，该模板包含启动子、目的基因和 poly(A) 尾。 PackGene的体外转录工作流程 简化了 mRNA 的生产流程——从 DNA 模板到纯化转录本——同时保持了研究级 (RUO) 和 GMP 级生产的可扩展性和成本效益。

此工作流程可确保：

统一的模板设计 获得可重复的结果
可规模化生产 用于临床前和临床应用
高效转录化学 针对高产率和纯度进行了优化

内在虚拟理论原理

IVT 是一种 无细胞酶法 其中，RNA聚合酶以DNA为模板合成RNA。该反应需要：

A DNA模板 带有启动子区域
RNA聚合酶 （例如，T7、T3、SP6）
核糖核苷酸（NTP：ATP、CTP、GTP、UTP）
优化转录缓冲液

1. DNA模板设计

DNA模板提供 基因蓝图 用于RNA合成。它包含目标基因和RNA聚合酶识别的启动子。在转录过程中，该酶读取DNA序列。 3′ → 5′ 方向, 在产生RNA 5′ → 3′ 方向.

精心设计的DNA模板可确保：

在正确位置进行精确启动
正确的转录方向
高保真RNA合成，副产物极少

2. RNA聚合酶

RNA聚合酶通过依次添加互补的核糖核苷酸来催化RNA合成。常用的RNA聚合酶有T7、T3和SP6，每种聚合酶识别特定的启动子序列。

3. 核糖核苷酸（NTP）

核苷三磷酸（NTP）是RNA合成的组成单元和能量来源。它们的浓度直接影响RNA的产量、纯度和转录效率。平衡的NTP水平对于生产适用于下游应用的高质量mRNA至关重要。

4. 转录缓冲液

转录缓冲液为RNA聚合酶的活性创造了最佳环境。它：

维护 pH稳定性
提供必需离子，例如镁²⁺ 和K.⁺
支持适当的 RNA折叠和酶功能

微调缓冲液可以提高转录效率和所得 RNA 的完整性。

IVT mRNA的结构

IVT mRNA，也称为合成 mRNA，是一种 单链RNA分子 经过基因工程改造，可模拟天然mRNA。其设计包含五个关键元件，用于调控mRNA。 稳定性、翻译效率和蛋白质表达:

5英尺帽
5′ m⁷G 帽保护 mRNA 免受降解，促进翻译，并调节免疫识别。帽结构包括：

上限 0 (m⁷GpppN): 基本帽盖，支持翻译，但可能触发免疫感应
容量 1 (m⁷GpppNm): 增加 2′-O 甲基化，降低免疫原性，增强翻译
盖 2 (m⁷GpppNmNm): 进一步甲基化可以提高稳定性和翻译效率，尽管这种方法不太常用。

根据应用需要，加帽可以是转录共加帽（使用 ARCA 或 CleanCap®）或转录后加帽（酶促加帽）。

2. 5′非翻译区（5′UTR）

5′UTR位于编码序列的上游，并且是 未翻译成蛋白质但它发挥着至关重要的监管作用。它：

充当 核糖体结合位点 开始翻译
影响翻译效率和mRNA稳定性
5′UTR中富含AU的序列可以形成二级结构，这些结构既可以增强也可以抑制核糖体结合。

优化 5′ UTR 可以提高翻译和 mRNA 的性能。

3. 开放阅读框（ORF）
ORF包含 蛋白质的遗传指令 编码序列以起始密码子（AUG）开始，以终止密码子（UAA、UAG、UGA）结束。密码子优化可以提高翻译效率，编码序列也可能包含其他信息。 修饰核苷或较高的GC含量 增强mRNA稳定性。

4. 3′非翻译区（3′UTR）
3′非翻译区位于终止密码子之后，包含控制基因表达的调控基序。 mRNA定位、稳定性和翻译富含AU的序列会引发降解，而富含GC的序列则能提高稳定性和翻译效率。精心设计该区域有助于合成mRNA避免快速降解。

5. Poly(A)尾
A 腺苷链 3′端的尾部可以保护mRNA免受核酸外切酶降解，并增强翻译。最佳尾部长度通常为 100–150个核苷酸提高稳定性、转化效率和细胞内持久性。

体外转录技术在mRNA生产中的主要优势

速度和可扩展性 – IVT 是一种完全无细胞的工艺，可以快速进行，并可从研究到 GMP 生产无缝扩展，是疫苗开发和疫情爆发期间快速响应的理想选择。

安全概况 – IVT mRNA 是 非整合型和胞质型从而最大限度地降低与基于DNA或病毒的系统相关的风险。转录本是短暂的，会在几天后自然降解。

灵活性和适应性 – 改变 DNA 模板可以快速生产各种 mRNA 序列，用于疫苗、治疗药物或个性化医疗。

精确控制与工程 研究人员可以将修饰的核苷引入到 增强稳定性，降低先天免疫激活，并改善翻译针对每种应用定制 mRNA 性能。

简化制造 – 无细胞生产避免了细胞培养或病毒载体的复杂性，降低了成本，简化了纯化和合规性。

利用 PackGene 确保 mRNA 质量

质量控制（QC） 确保这一点至关重要 可重复性、安全性和有效性PackGene 提供 一套专注、可靠的质量控制方案 每个 IVT mRNA 批次均包含：

出现： 目视检查，查看是否清澈且无颗粒物
纯度： 通过毛细管电泳测定紫外吸收和基于尺寸的纯度
浓度： mRNA产量的精确量化
内毒素水平： 凝胶凝块法可确保生物应用的安全阈值
完整性： 毛细管电泳证实了全长、完整的转录本

对于需要更深入分析见解的研究人员来说， 可选附加质量控制 可用于评估 残留DNA、dsRNA污染和宿主细胞杂质, 根据项目需求提供灵活性。

这种方法允许东南亚研究人员选择 质量控制深度应与其应用相适应从早期概念验证研究到转化级 mRNA 生产。

借助 PackGene 的体外转录技术加速您的 mRNA 研究

PackGene的IVT服务，由 亚特兰蒂斯生物科学，提供一个 值得信赖的端到端解决方案 用于定制mRNA生产。他们在RNA合成、酶促加工和纯化方面的专业知识确保了…… 高质量、转录活跃的mRNA 针对稳定性、纯度和转化性能进行了优化。

每个标准的体外转录mRNA订单都包含 核心质量控制检查，传送 结果可靠且可重复此外，可选的附加质量控制功能允许…… 更深的分析深度 必要时。与 亚特兰蒂斯生物科学的区域支持该工作流程为东南亚研究人员提供了一个 从设计到交付的完整解决方案 — 使创新能够高效地从概念发展到应用。

案例

Camperi J、Chatla K、Freund E、Galan C、Lippold S、Guilbaud A. 基于 mRNA 的治疗的当前分析策略。Molecules. 2025 年 4 月 6 日；30(7):1629。doi：10.3390/molecules30071629。

Kang DD, Li H, Dong Y. 体外转录mRNA (IVT mRNA) 的进展及其在临床转化中的应用。Adv Drug Deliv Rev. 2023 年 8 月;199:114961。doi: 10.1016/j.addr.2023.114961。

Qin S, Tang X, Chen Y, Chen K, Fan N, Xiao W, Zheng Q, Li G, Teng Y, Wu M, Song X. 基于mRNA的疗法：对抗疾病的强大而多功能的工具。信号转导靶向治疗。2022年5月21日；7(1):166。doi: 10.1038/s41392-022-01007-w。

Zhang J, Liu Y, Li C, Xiao Q, Zhang D, Chen Y, Rosenecker J, Ding X, Guan S. 体外转录mRNA基分子的制备和纯化研究进展与创新. Pharmaceutics. 2023年8月23日;15(9):2182. doi: 10.3390/pharmaceutics15092182.