細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)之病毒轉(zhuǎn)染適用范圍及技巧

病毒轉(zhuǎn)染適用范圍及技巧

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發(fā)表時(shí)間:2024-08-07 16:35

細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn),是將外源性基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)的一種實(shí)驗(yàn)專門技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù),猶如一座橋梁,巧妙地將外部世界的分子構(gòu)建(涵蓋DNA序列、RNA片段及蛋白質(zhì)等)準(zhǔn)確地導(dǎo)入至真核細(xì)胞的內(nèi)部。它不僅在解鎖基因功能奧秘的過程中扮演著關(guān)鍵角色,還是實(shí)現(xiàn)基因編輯的準(zhǔn)確實(shí)踐、基因表達(dá)高效調(diào)控的重要手段。

因此,在基因科學(xué)、生物技術(shù)及醫(yī)學(xué)研究的廣闊領(lǐng)域內(nèi),轉(zhuǎn)染技術(shù)已成為一種重要且廣泛應(yīng)用的方法,持續(xù)推動(dòng)著科學(xué)前沿的邊界拓展。

細(xì)胞培養(yǎng)


根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,可將細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)大致以下3類:

  • 以經(jīng)過基因工程改造的病毒為媒介,介導(dǎo)的生物法

病毒


  • 以磷酸鈣和脂質(zhì)體為媒介,介導(dǎo)的化學(xué)法

圖片


  • 以電穿孔、顯微注射為手段,直接遞送目標(biāo)分子的物理法

細(xì)胞研究


不同的方法各有優(yōu)缺點(diǎn),需要根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求,選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。本期內(nèi)容,重點(diǎn)介紹以基因工程改造病毒為基礎(chǔ),介導(dǎo)的生物法細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)。


生物法

基因工程改造病毒介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù),簡而言之,是通過基因工程技術(shù)對(duì)病毒進(jìn)行改造,使其成為攜帶外源基因的載體,進(jìn)而將這些基因?qū)肽繕?biāo)細(xì)胞中。這種方法的核心在于利用病毒的自然感染機(jī)制,通過病毒表面的蛋白質(zhì)與細(xì)胞表面的受體結(jié)合,實(shí)現(xiàn)病毒基因組的傳遞。

常見的用于基因轉(zhuǎn)染的病毒載體包括腺病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒和慢病毒。這些病毒載體經(jīng)過基因工程改造后,去除了其致病性基因,僅保留其感染能力和復(fù)制機(jī)制,從而安全地?cái)y帶外源基因進(jìn)入細(xì)胞。病毒載體能夠高效地將外源基因整合到宿主細(xì)胞的基因組中,或通過瞬時(shí)表達(dá)的方式在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高水平的基因產(chǎn)物。

細(xì)胞


1、腺病毒(Adenovirus, AdV)

優(yōu)點(diǎn):

感染范圍廣:幾乎可以感染所有類型的細(xì)胞,包括分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞。

高效性:感染效率高,能夠快速將外源基因?qū)爰?xì)胞中。

載體容量大:可以包裝較大的外源基因片段,通常可達(dá)8kb以上。

易于操作:病毒載體構(gòu)建及包裝相對(duì)容易,易于制備出高滴度的病毒。

缺點(diǎn):

表達(dá)時(shí)間短:外源基因在細(xì)胞中的表達(dá)時(shí)間相對(duì)較短,通常為數(shù)天到數(shù)周。

無法穩(wěn)定表達(dá):病毒基因組不整合到宿主細(xì)胞染色體中,因此無法實(shí)現(xiàn)外源基因的穩(wěn)定表達(dá)。

免疫原性:可能引發(fā)宿主的免疫反應(yīng),影響轉(zhuǎn)染效率和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

適用領(lǐng)域:

適用于需要快速、高效轉(zhuǎn)染多種細(xì)胞類型的實(shí)驗(yàn),如基因表達(dá)研究、蛋白質(zhì)生產(chǎn)等。

在疫苗開發(fā)和基因治療領(lǐng)域也有一定應(yīng)用,但需注意免疫原性問題。


2、逆轉(zhuǎn)錄病毒(Retrovirus, RV)

優(yōu)點(diǎn):

整合能力強(qiáng):能夠整合到宿主細(xì)胞染色體中,實(shí)現(xiàn)外源基因的穩(wěn)定表達(dá)。

表達(dá)持續(xù)時(shí)間長:轉(zhuǎn)基因效果穩(wěn)定,表達(dá)持續(xù)時(shí)間長。

高效感染分裂細(xì)胞:對(duì)分裂細(xì)胞的感染效率高。

缺點(diǎn):

外源基因容量低:**不能超過10kb,限制了其攜帶復(fù)雜基因的能力。

病毒滴度低:在包裝細(xì)胞中產(chǎn)生的病毒滴度相對(duì)較低。

安全性問題:隨機(jī)整合到宿主基因組中可能導(dǎo)致插入突變,具有潛在危險(xiǎn)性。

適用領(lǐng)域:

適用于需要穩(wěn)定表達(dá)外源基因的細(xì)胞系,如基因治療中的穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞株構(gòu)建。

在遺傳性疾病的基因治療中,逆轉(zhuǎn)錄病毒載體因其整合能力和穩(wěn)定表達(dá)特性而受到關(guān)注。


2、

慢病毒(Lentivirus, LV)

優(yōu)點(diǎn):

感染范圍廣:能夠感染包括分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞類型。

穩(wěn)定表達(dá):外源基因能夠穩(wěn)定地整合到宿主細(xì)胞基因組中,實(shí)現(xiàn)長期表達(dá)。

操作安全性高:經(jīng)過基因工程改造后,去除了致病性基因,安全性較高。

缺點(diǎn):

載體容量受限:野生型慢病毒基因組較大,改造后的載體容量有限,通常不超過6.4kb。

技術(shù)復(fù)雜:病毒包裝和轉(zhuǎn)導(dǎo)過程相對(duì)復(fù)雜,需要較高的技術(shù)水平和實(shí)驗(yàn)條件。

成本較高:由于技術(shù)復(fù)雜性和載體容量限制,慢病毒載體的制備成本通常較高。

適用領(lǐng)域:

適用于需要穩(wěn)定表達(dá)外源基因的細(xì)胞系和原代細(xì)胞,如干細(xì)胞研究、基因治療中的穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞株構(gòu)建等。

在神經(jīng)科學(xué)研究中,慢病毒載體因其能夠穿透血腦屏障并感染神經(jīng)元細(xì)胞而具有優(yōu)勢(shì)。


細(xì)胞研究


提高病毒轉(zhuǎn)染成功率的技巧:細(xì)胞培養(yǎng)和轉(zhuǎn)染技術(shù)的領(lǐng)域中,胎牛血清(Fetal Bovine Serum, FBS)作為一種關(guān)鍵性的培養(yǎng)基添加劑,與腺病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒和慢病毒等細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)之間存在著緊密的聯(lián)系。這些技術(shù)往往需要細(xì)胞在適宜的生長條件下進(jìn)行,以確保轉(zhuǎn)染效率、細(xì)胞健康以及后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性,而胎牛血清正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要因素之一。

在選擇胎牛血清時(shí),應(yīng)注意選擇內(nèi)毒素含量低的血清(例如:Ausbian進(jìn)口胎牛血清,內(nèi)毒素含量≤3EU/ml),盡可能降低內(nèi)毒素對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)的影響;使用規(guī)范科學(xué)的方法對(duì)胎牛血清進(jìn)行儲(chǔ)存和解凍,盡可能保留更多營養(yǎng)成分,為細(xì)胞生長提供有利條件。

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