主要成分为蛋白质分子聚集体（占据40%～95%），此外，还有部分RNA聚合酶、核糖体元件、外膜蛋白ompC、ompF和ompA、环状或缺口的质粒DNA、脂质和糖类等。研究发现绿色荧光蛋白包涵体中发射荧光的现象，表明蛋白质在包涵体中仍然存在着一定的二级或更高级结构，主要是由蛋白质折叠中间体聚集形成。包涵体的形成在基因工程菌中最为普遍，多为过量表达的外源蛋白质，常见于大肠杆菌体系。部分天然蛋白质也会在菌体中产生聚集和包涵体，如过量表达的内酰胺酶在外周质、碱性磷酸酶在细胞质中，也会形成包涵体。其他宿主细胞，如哺乳动物细胞中，也发现有包涵体形成的现象。

成熟的大肠杆菌包涵体颜色灰白，质地较为坚硬，高度抗剪切力，密度约为1.3克/毫升。包涵体颗粒形成的大小与表达蛋白质类型、表达体系和表达条件紧密相关，一般直径在0.2～1.5微米。大的包涵体可用显微镜直接在细胞中观察到，为高折射区，与胞内其他结构有明显区别。在电子显微镜下则可以进一步观察到包涵体的精细结构。

主要包括以下原因：①首要原因是蛋白质的过量表达。表达量越高，越容易形成包涵体。究其原因，可能是由于合成速度太快，没有足够时间进行结构折叠，二硫键无法正确配对。细菌δ因子蛋白水解能力达到饱和，导致这些结构不正确而局部浓度又较高的蛋白质非特异性相互作用，从而形成了不溶性的蛋白质聚集体。②表达蛋白质的异源性也是包涵体形成的另外一个因素。如大肠杆菌表达系统无法进行真核细胞蛋白质的翻译后修饰，导致其中间体溶解度下降，从而形成包涵体。③蛋白质的疏水性氨基酸占有比例对包涵体形成难易程度也有影响。④有的重组蛋白质含有分泌序列，可能阻碍折叠。⑤含硫氨基酸越多越容易形成包涵体，脯氨酸含量也与包涵体的形成成正相关。⑥环境因素对包涵体形成同样有影响。有动力学研究表明，包涵体是由部分变性的中间体聚合而成。因此，任何影响中间体稳定的因素，如pH值（pH值接近蛋白质的等电点）、离子强度和温度高都可以引起蛋白质聚集。另外培养条件不佳也易导致包涵体形成。

提取包涵体时，首先需要破碎细胞，少量菌体可采用超声破碎处理，大量菌体通常采用溶菌酶处理结合高压均质的方法。需要注意控制破碎时间和功率，时间不足不能完全释放重组蛋白质，时间太长或功率太大易使蛋白质炭化。由于包涵体具有高密度的特性，可直接通过过滤或离心细菌破碎液与其他成分分离。分离方法的选择与工程菌表达的蛋白质类型没有明显关系。

为了去除包涵体中所含杂质，避免影响后续复性过程，常采用变性剂、弱表面活性剂及低浓度盐等洗涤包涵体。不同洗涤剂作用不同：①低浓度的尿素与盐酸胍用于溶解菌体蛋白质。②表面活性剂常用的有曲拉通-100，主要用于洗去疏水性较强的膜蛋白和膜碎片。③离子强度越高，洗涤效果越好。所以常添加盐类，如氯化钠（NaCl）。④加入乙二胺四乙酸（EDTA）可防止金属离子导致的催化氧化。经过洗涤后包涵体的纯度一般可达到70%。如要进一步提高纯度，则需要先用高浓度变性剂（8摩尔/升尿素、6摩尔/升盐酸胍）溶解包涵体后，再采取层析等方法精细纯化。盐酸胍变性效果优于尿素。对于含半胱氨酸的蛋白质，溶解包涵体时还需加入还原剂促进溶解，如β-巯基乙醇、二硫苏糖醇等。

通过基因工程改造的大肠杆菌表达重组蛋白质约有半数以上的比例以包涵体形式表达。包涵体形式表达具有许多优势：①以包涵体形式表达的蛋白质表达量高，有时甚至可以达到细胞总蛋白含量的30%。②由于酶攻击位点被包埋在内，可以最大限度地抵抗蛋白酶的攻击，包涵体稳定性良好。③包涵体表达的蛋白质没有活性，在进行细胞破碎时，不用考虑蛋白质的失活问题。④包涵体形式表达的蛋白质与宿主细胞的其他蛋白质的分离比可溶蛋白质的分离方法简便，费用低。⑤有些外源蛋白质对其表达细胞有毒性，大量表达时会使细胞死亡，导致最终细胞数量和产物量低。而包涵体形式的蛋白质丧失了生物活性，可以高效地表达。

但以包涵体形式表达也存在着弊端，主要是由于包涵体为无活性、结构错误的蛋白质分子，需要进行复性，而复性的低收率往往是工艺放大过程中的瓶颈。为避免复性过程，提高包涵体溶解性，可以尝试调节发酵条件，如降低生长温度、降低细胞培养密度；或者在细胞密度较高时，缩短诱导时间、降低诱导剂使用浓度等。此外，还可以重新选择合适载体、菌株，优化蛋白质氨基酸序列；或者将分子伴侣、硫氧还蛋白基因与目标蛋白质共表达，辅助目标蛋白质进行正确折叠，以减少包涵体形成。