大腸桿菌是一種原核表達系統，被廣泛用于基因分離克隆、DNA序列分析、基因表達產物功能鑒定等分子生物學研究的各個領域。不斷完善的基因操作技術可將大腸桿菌構建成為用于重組異源蛋白生產的分子工廠，而且這種工程菌在價格低廉的培養基中生長迅速易于控制，因此原核表達系統在醫用蛋白的大規模生產中具有重要的經濟意義。
胰島素是機體內唯一降低血糖的激素，也是唯一同時促進糖原、脂肪、蛋白質合成的激素，廣泛存在于人和動物的胰臟中，正常人的胰臟約含有200萬個胰島，占胰臟總質量的1.5%。利用基因工程菌可以大規模發酵生產重組人胰島素，除此以外，胰島素的生產還可以從人的肝臟中提取、以氨基酸為原料直接化學合成和由豬胰島素化學轉型生產等方法。
1、利用原核表達系統發酵生產重組人胰島素
由于大腸桿菌繁殖迅速，培養代謝易于控制，利用DNA重組技術構建大腸桿菌工程菌以規模化生產真核生物基因尤其是人類基因的表達產物，具有重大經濟價值。在目前產業化的基因工程產品中，相當部分仍由原核表達系統生產。美迪西提供原核表達服務，其科研人員建立了成熟的大腸桿菌表達及純化服務平臺，提供包括各種重組蛋白以及其復合物在大腸桿菌中的表達與純化服務。
1982年，美國ElyLiLi公司首先使用重組大腸桿菌生產人胰島素，這是第一個上市的基因工程藥物。5年后，Novo公司又開發了利用重組酵母生產人胰島素的新工藝。這種由重組微生物合成的人胰島素無論在體外胰島素受體結合能力、淋巴細胞和成纖維細胞的離體應答能力，還是在血糖降低作用以及血漿藥代動力學方面，均與天然的豬胰島素無任何區別，但卻顯示出無免疫原性以及注射吸收較為迅速等優越性，因而深受廣大醫生和患者的歡迎。
2、從動物和人的胰臟中提取
從人的胰臟中直接提取胰島素。這種方法在早期用于生產少量的人胰島素，由于原料供應的限制，其產量不可能滿足臨床需要。臨床使用的胰島素還可以從豬和牛的胰腺中提取，兩者的藥效相同，但與人胰島素相比，豬胰島素中有1個氨基酸不同，牛胰島素中有3個氨基酸不同，因而易產生抗體。
3、以氨基酸為原料直接化學合成
這種全合成方法從技術上來說是能夠做到的，我國科學家曾在20世紀60年代成功合成了具有生物活性的牛結晶胰島素，但不難想象其成本奇高。
1965年9月17日，世界上第一個人工合成的蛋白質——牛胰島素在中國誕生，在國內外引起巨大反響。當時的中科院生物化學研究所、北京大學、中科院有機化學研究所成功協作完成人工全合成結晶牛胰島素。自1658年12月正式立項至1965年9科學家觀察到人工全合成牛胰島素結晶，歷時近7年。這是世界上第一次人工合成與天然胰島素分子相同化學結構并具有完整生物活性的蛋白質，標志著人類在揭示生命本質的征途上實現了里程碑式的飛躍，這一成果獲，1982年國家自然科學一等獎。
作為一種蛋白質，胰島素由A、B兩條肽鏈，共17種51個氨基酸組成。人工合成胰島素，首先要把氨基酸按照一定的順序連結起來，組成A鏈、B鏈，然后再把A、B兩條鏈連在一起，這是一項復雜而艱巨的工作。牛胰島素合成工作是分三步完成的：
（1）先把天然胰島素拆成兩條鏈，再把它們重新合成為胰島素，并于1959年突破了這一難題，重新合成的胰島素是同原來活力相同、形狀一樣的結晶。
（2）在合成了胰島素的兩條鏈后，用人工合成的B鏈同天然的A鏈相連接。這種牛胰島素的半合成在1964年獲得成功。
（3）把經過考驗的半合成的A鏈與B鏈相結合，在1965年9月17日完成了結晶牛胰島素的全合成。最后，通過小鼠驚厥實驗證明了純化的人工合成胰島素確實具有和天然胰島素相同的活性，而中國終于也成功地得到了人工合成的胰島素結晶。原國家科委先后兩次組織著名科學家進行科學鑒定，它的結構、生物活力、物理化學性質、結晶形狀都和天然的牛胰島素完全一樣，證明人工合成牛胰島素具有與天然牛胰島素相同的生物活力和結晶形狀。
4、由豬胰島素化學轉型為人胰島素
由于利用傳統的生化方法從豬胰臟中提取胰島素早已形成生產規模，且成本相對低廉，所以將豬胰島素在體外用酶促方法轉化為人胰島素不失為一種選擇，至少在重組人胰島素的大規模產業化之前，這種半合成方法仍是相當多生物制藥廠家采用的生產工藝。其基本原理是：胰蛋白酶在pH 為6.0～7.0以及蘇氨酸叔丁酯的過量存在下能脫去豬胰島素B 鏈C末端的丙氨酸，并將蘇氨酸轉入相應位置；所形成的人胰島素叔丁酯再用三氯乙酸除去其叔丁酯基團，最終獲得人胰島素，整個過程的總轉化率為60%。但是這個工藝路線相當耗時，且需要一整套復雜的純化方法，導致最終產品的價格不菲。
豬與人的胰島素只在B 鏈C 末端的一個氨基酸上存在差異，前者為丙氨酸，后者為蘇氨酸，但兩種胰島素的生理功效完全一致，因此一些國家在臨床上使用豬胰島素制劑治療糖尿病。然而由于氨基酸序列上的微小差異，豬胰島素的長期使用會在患者體內產生一定程度的免疫反應，更為嚴重的是，患者體內抗豬胰島素抗體的誘導生產還可能對患者剩余的正常β細胞功能以及內源性胰島素分泌造成負面影響。因此，人胰島素制劑的使用被認為是最理想的糖尿病治療方法。
綜上所述，原核表達系統無疑是各種人胰島素生產方法當中，較為常見、且普及率最高的方法。因此利用基因工程技術為臨床提供質量可靠及價格低廉的胰島素制品是現代生物醫藥領域的一項重要工程。
