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當(dāng)前位置:深圳市安培生物科技有限公司>>技術(shù)文章>>細(xì)胞轉(zhuǎn)染實驗技術(shù)——功能實驗的第一步
轉(zhuǎn)染(transfection)是真核細(xì)胞主動或被動導(dǎo)入外源核酸片段(DNA或RNA)而獲得新的表型的過程,。轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞會產(chǎn)生重組蛋白,或者特異性的增強/抑制細(xì)胞中的基因表達,。轉(zhuǎn)染后的檢測主要包括基因水平和蛋白水平的檢測,。一定時間后收集轉(zhuǎn)染處理后的細(xì)胞,,采用超聲或酶解的方法破碎細(xì)胞,,離心得到上清。針對基因水平,,使用普通 PCR 或 RT-PCR 進行驗證,,蛋白水平,使用 western blot 檢測,,簡單,,快速,準(zhǔn)確,。
轉(zhuǎn)染的類型
根據(jù)導(dǎo)入的核酸存在于宿主細(xì)胞的時間長短,,可以分為瞬轉(zhuǎn)和穩(wěn)轉(zhuǎn)。根據(jù)轉(zhuǎn)染方式可以分為化學(xué)方法,,生物方法,,物理方法。
瞬時轉(zhuǎn)染是指將構(gòu)建好的質(zhì)?;蛘遱iRNA通過某種方式導(dǎo)入到哺乳動物細(xì)胞內(nèi)(常用的工具細(xì)胞 HEK293 細(xì)胞),,該外源核酸片段不整合到細(xì)胞自身的基因組上。隨著細(xì)胞的生長分裂,,外源基因會逐漸丟失,,在細(xì)胞內(nèi)能夠存在 3-4 天,無法隨著細(xì)胞的分裂進入到子代細(xì)胞中,。在這一段時間內(nèi),,外源基因在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)錄翻譯,得到少量的蛋白,。根據(jù)使用的載體不同,,收集目的基因/蛋白進行檢測的時間不同,通常在轉(zhuǎn)染后48h,,目的蛋白的表達水平最高,。瞬時轉(zhuǎn)染的特點是短時間內(nèi)進行蛋白的小量制備,滿足后續(xù)的實驗要求,。
穩(wěn)定轉(zhuǎn)染是外源DNA整合到細(xì)胞基因組中,,成為細(xì)胞基因組的一部分從而得以復(fù)制,,隨著細(xì)胞分裂,子代細(xì)胞也同樣表達外源基因,,這就是穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細(xì)胞的標(biāo)志,。穩(wěn)定轉(zhuǎn)染是建立在瞬時轉(zhuǎn)染的基礎(chǔ)上的,先對細(xì)胞進行轉(zhuǎn)染,,再對得到的細(xì)胞池進行篩選,,篩選標(biāo)記是抗生素,熒光報告基團等,,通常需要2-3周的篩選時間,,由此形成穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系,。穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的特點是能夠得到蛋白的大量,、長期生產(chǎn),滿足后續(xù)的一系列體內(nèi)體外的表型實驗,。
轉(zhuǎn)染方式
考慮到轉(zhuǎn)染效率是影響細(xì)胞實驗的重要因素,,因此選擇合適的轉(zhuǎn)染試劑和轉(zhuǎn)染方式很關(guān)鍵。下面我們介紹一下常見的轉(zhuǎn)染方式,。
細(xì)胞由帶負(fù)電荷的磷脂雙分子層構(gòu)成,,對于也帶負(fù)電荷的核酸片段(DNA和RNA)來說是不可透過的屏障,因此研究人員開發(fā)了很多方法能使核酸穿透細(xì)胞膜進入胞內(nèi),,大致分為三類:
轉(zhuǎn)染方法 | 原理 | 優(yōu)點 | 缺點 |
化學(xué)轉(zhuǎn)染方法 | |||
陽離子脂質(zhì)體 | 脂質(zhì)體是一種人工的脂雙層膜,。陽離子脂質(zhì)體通常由陽離子和兩性離子脂質(zhì)組成。在DNA與脂質(zhì)體形成lipoplex的過程中,,陽離子脂質(zhì)體起到復(fù)合和凝集DNA的作用,,同時也有助于復(fù)合物與細(xì)胞膜的結(jié)合 | 操作簡單快速; 轉(zhuǎn)染效率高且重復(fù)性好,; 可用于轉(zhuǎn)染DNA,、RNA和蛋白; 可用于瞬時轉(zhuǎn)染和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染 | 會受到血清的抑制,,降低轉(zhuǎn)染效率,; 脂質(zhì)體中的核心組分對細(xì)胞毒性較大 |
磷酸鈣共沉淀 | 核酸以磷酸鈣-DNA 共沉淀物的形式出現(xiàn)時,可使DNA 附在細(xì)胞表面,,利于細(xì)胞吞入攝取,,或通過細(xì)胞膜脂相收縮時裂開的空隙進入細(xì)胞內(nèi) | 便宜,使用廣泛 | 轉(zhuǎn)染效率差,,不穩(wěn)定,; 細(xì)胞毒性大; |
葡聚糖 | 它是一種陽離子聚合物,,可以與帶負(fù)電荷的DNA和蛋白質(zhì)結(jié)合,,進而被細(xì)胞吞噬 | 多用于貼壁細(xì)胞 | 一些細(xì)胞類型對葡聚糖特別敏感,,可能會發(fā)生形態(tài)變化或者抑制細(xì)胞生長 |
其他陽離子聚合物 | 帶正電的聚合物與核酸帶負(fù)電的磷酸基團形成帶正電的復(fù)合物后與細(xì)胞表面帶負(fù)電的蛋白多糖相互作用,并通過內(nèi)吞作用進入細(xì)胞,。陽離子聚合物和陽離子脂質(zhì)體最大的區(qū)別在于陽離子聚合物不含疏水部分而*溶于水,,可以方便地進行化學(xué)修飾,且不會像脂質(zhì)體一樣破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),,所以相對毒性較低,。目前使用*泛的陽離子聚合物轉(zhuǎn)染試劑是PEI(聚乙烯亞胺) | 成本低; 免疫原性低,; 轉(zhuǎn)染效率高且穩(wěn)定,; 適用于懸浮細(xì)胞或貼壁細(xì)胞
| 細(xì)胞毒性較大; 常用于瞬時轉(zhuǎn)染,; 不能生物降解 |
物理轉(zhuǎn)染方法 | |||
電穿孔 | 利用高脈沖電壓破壞細(xì)胞膜電位,,使得DNA 通過膜上形成的小孔導(dǎo)入穩(wěn)定/瞬時性轉(zhuǎn)染 | 適用所有細(xì)胞類型; 適用瞬時轉(zhuǎn)染和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染,; 不需要載體 | 需要一定的電轉(zhuǎn)設(shè)備,; 需要優(yōu)化電轉(zhuǎn)脈沖和電壓參數(shù); 細(xì)胞致死率高,; DNA和細(xì)胞用量大 |
顯微注射 | 利用管尖極細(xì)(0.1至0.5μm)的玻璃微量注射針,,將外源基因片段直接注射到原核期胚或培養(yǎng)的細(xì)胞中 | 適用所有細(xì)胞類型; 可進行單細(xì)胞轉(zhuǎn)染,; 不需要載體,; 不限制轉(zhuǎn)入的基因大小和數(shù)量; 多用于轉(zhuǎn)基因 | 設(shè)備昂貴,; 技術(shù)要求高,; 細(xì)胞致死率高 |
生物轉(zhuǎn)染方法 | |||
病毒轉(zhuǎn)染 | 病毒該載體可以將外源基因有效地整合到宿主染色體上,從而達到持久性表達 | 轉(zhuǎn)染效率高,; 適用于難轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系,; 可用于體內(nèi)轉(zhuǎn)染 | 周期長,程序復(fù)雜,; 費用相對高,; 存在生物安全問題 |
細(xì)胞由帶負(fù)電荷的磷脂雙分子層構(gòu)成,對于也帶負(fù)電荷的核酸片段(DNA和RNA)來說是不可透過的屏障,,因此研究人員開發(fā)了很多方法能使核酸穿透細(xì)胞膜進入胞內(nèi),,大致分為三類:
轉(zhuǎn)染的影響因素:
轉(zhuǎn)染過程中許多因素會影響轉(zhuǎn)染效率:如細(xì)胞類型;細(xì)胞密度,;質(zhì)粒大小,、質(zhì)粒純度;血清;轉(zhuǎn)染試劑等,。轉(zhuǎn)染實驗中,,以下幾個因素進行調(diào)整和優(yōu)化:
1. 轉(zhuǎn)染前的細(xì)胞狀態(tài)和密度
轉(zhuǎn)染時細(xì)胞密度以 50-80%最佳,細(xì)胞密度過高會嚴(yán)重影響細(xì)胞狀態(tài)和轉(zhuǎn)染效率(周期進程阻滯,,凋亡增加等),。同時支原體污染會嚴(yán)重降低細(xì)胞的轉(zhuǎn)染效率,因此轉(zhuǎn)染前可用環(huán)丙沙星處理細(xì)胞以除去支原體,。
2. 轉(zhuǎn)染時的質(zhì)粒純度
如果提取的質(zhì)粒不純,,如帶少量鹽離子,蛋白,、代謝物污染等都會顯著影響轉(zhuǎn)染復(fù)合物的有效形成,;而含有內(nèi)毒素的質(zhì)粒對細(xì)胞存在很大的毒性作用(一般用去內(nèi)毒素的提取試劑盒)??股匾话銓φ婧思?xì)胞無毒,,但轉(zhuǎn)染過程中細(xì)胞通透性增加,會使抗生素進入細(xì)胞,,從而降低細(xì)胞活性,,導(dǎo)致轉(zhuǎn)染效率降低,。
3. 轉(zhuǎn)染后的篩選時間
轉(zhuǎn)染后篩選不能太早或太晚,,因為轉(zhuǎn)染了外源基因的細(xì)胞代謝負(fù)荷大,增殖較慢,,太晚會被沒有外源基因轉(zhuǎn)入的細(xì)胞所淹沒,,最終導(dǎo)致篩選不出陽性克隆。一般要在轉(zhuǎn)染后48h之后開始加抗生素篩選,。
4. DNA 與轉(zhuǎn)染試劑的比例
許多轉(zhuǎn)染方法需要優(yōu)化 DNA 與轉(zhuǎn)染試劑的比例,。不同細(xì)胞系轉(zhuǎn)染效率通常不同,不同轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染效率差別很大,,通常需要根據(jù)轉(zhuǎn)染試劑說明書進行預(yù)實驗,,選擇合適濃度的外源DNA或RNA,調(diào)整外源核酸片段和轉(zhuǎn)染試劑的比例,。
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