转染定义及细胞转染方法

转染是将DNA、RNA或蛋白质引入真核细胞的过程,用于研究和调节基因表达。因此,转染技术作为分析工具,有助于表征遗传功能、蛋白质合成、细胞生长和发育。转染分析不仅可以促进细胞研究的进步,还可以加强药物研发策略。诸如病毒转染或病毒转导等类似策略则是利用慢病毒微粒将外源性物质插入到真核细胞中。而细菌转化则是细菌摄入外源性基因材料的水平基因转移过程。

转染类型

目前存在多种转染方法,包括物理、化学和生物技术方法。这些技术通常涉及利用瞬时或稳定转染方法将核酸掺入细胞中。

瞬时转染技术涉及将DNA引入细胞,但在该方法中,DNA不与细胞染色体整合。该技术具有较高的转染效率,并且可在1-4天后分析基因转录。对于哺乳动物细胞培养物的大规模瞬时基因表达(TGE),可以使用转染载体,例如聚乙烯亚胺(PEI)和磷酸钙(CaPi)。此外,目前还开发出了在没有血清的情况下使用中国仓鼠卵巢(CHO)细胞的大规模TGE方法1

稳定转染技术涉及将转染的DNA整合到细胞染色体中或形成附加体。随后可以使用可选择标记鉴定稳定转染的细胞,这些标记包括二氢叶酸还原酶(DHFR)、潮霉素B磷酸转移酶(HPH)和腺苷脱氨酶(ADA)等。

部分常用的转染技术包括磷酸钙沉淀、脂质转染、电穿孔和病毒递送。另外,这些方法可用于共转染。这些技术涉及将两种不同的核酸同时输送到同一细胞中,并且通常用于实现稳定转染。转染方法已经发展出许多新方法,例如使用高速微粒输送细胞核酸的Biolistic输送系统,以及促进siRNA分子全身输送的体内转染方案。

转染类型

磷酸钙转染

磷酸钙转染技术涉及DNA和磷酸钙的沉淀。通过将含有磷酸钠的HEPES缓冲盐水溶液与氯化钙溶液和DNA混合来促进沉淀2。甘油休克通常用来增强某些细胞中的DNA摄取。

虽然这种技术具有成本效益,可用于多种细胞的瞬时或稳定转染,但pH值相对较小的变化(±0.1)就会影响转化效率。此外,必须保持试剂均质以实现可重现的分析结果。但这种转染方法在RPMI或其他具有高磷酸盐浓度的培养基中不起作用。

脂质体介导转染

脂质体介导转染(脂质转染)技术涉及使用能够形成脂质体的阳离子脂质或者非脂质聚合物。例如,脂质转染试剂可能含有DOTMA(N-[1-(2,3,-二油烯氧基)丙基]-N,N,N-三甲基铵氯化物)和X-tremeGENE™转染试剂,适于将多种DNA、小RNA和CRISPR/Cas9成分转染进多种细胞系中。经过相应修改,脂质转染也可以用于具有成本效益的高通量系统,但这种转染技术通常是细胞类型特异性的。

电穿孔转染

该技术涉及将细胞膜暴露于高强度电脉冲,这导致细胞的某些区域暂时失去稳定性。在这种瞬间失稳期间,细胞膜变得高度可渗透并允许各种外源分子进入,包括DNA4

电穿孔是一种简单的非化学技术,可以在各种细胞类型中产生高转化效率。尽管该技术不改变靶细胞形态和功能,但如果不在最佳条件下进行转染,该方法可导致细胞死亡。

病毒转染

该方法涉及使用病毒载体将核酸输送到细胞中。诸如慢病毒、腺病毒和肿瘤逆转录病毒载体等病毒递送系统,即使在复杂细胞中,也可转染核酸。

尽管病毒递送方法非常有效,但可能相当耗费人力。此外,大多数病毒需要控制和仔细监测生物安全水平。在进行病毒转染之前,考虑几种限制因素也很重要,例如病毒载体的裂解性质、细胞系包装和宿主细胞特异性。

选择转染试剂和实验方案

随着转染实验方案的发展和转染分析方法的日益简化,为了达到最佳转染效率,选择合适的转染试剂十分必要。

在考虑合适的转染试剂时,重要的是鉴定测定的细胞类型和培养条件。稀有细胞培养物、神经元和原代细胞通常较难转染,因此需要能够促进转染的试剂,对这种难以转染的细胞更是如此。

此外,在选择合适的转染剂之前,还应考虑试剂水平和细胞毒性参数。对于所需的细胞类型,理想的试剂应具有低细胞毒性和高转染效率。

表 1我们的转染试剂产品线特点及优势

通用实验方案

下面给出了磷酸钙转染和脂质转染技术的通用实验方案,可供用户比较。有关详细的操作步骤,请参阅产品具体的实验方案。

磷酸钙转染实验方案
脂质介导转染实验方案
材料
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参考文献

1.
Derouazi M, Girard P, Van Tilborgh F, Iglesias K, Muller N, Bertschinger M, Wurm FM. 2004. Serum-free large-scale transient transfection of CHO cells. Biotechnol.Bioeng.. 87(4):537-545. http://dx.doi.org/10.1002/bit.20161
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Chang DC, Saunders JA, Chassy BM, Sowers AE. 1992. Overview of Electroporation and Electrofusion.1-6. http://dx.doi.org/10.1016/b978-0-08-091727-6.50004-6
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Ausubel FM. 1995. Short Protocols in Molecular Biology. 3. New York: John Wiley & Sons.