常用的基因转染技术是将外源基因导入靶细胞需要一定的载体和导入方法,基因转技术则是将纯化的含有靶基因的质粒DNA送入细胞内,并在细胞内表达。转染方法有多种,根据不同的细胞,贴壁或悬浮细所可选用不同的方法,其目的是要达到设置转染效率,影响转染产率的因素有多种,包括转染方法、操作技术、质粒 DNA的纯度、靶细胞的生长状态等,下面重点介绍向几种常用的转染技术:
    被用于作靶基因转染的细胞,其生长状态如何,将直接决定了基因转染效率。如为贴壁生长的细胞,一般要求在转染前一日,必需应用胰酶处理成单细胞悬液,重新接种于培养皿或瓶,细胞密度以铺满培养器皿的60%为宜,转染当日,在转染前4小时换一将近新鲜培养液。对于悬浮细胞,也需在转染前4小时换一次新鲜培养液。
    用于转染的质粒DNA必须无蛋白质,无RNA和其了化学物质的污染,OD260/280比值应在1.8以上。应用酚-氯仿抽提法制备的质粒DNA一般难以达到此标准,目前大多采用进口的术提取纯化试剂盒。
    具体的基因转染技术有鳞酸钙介导的转染法、DEAE葡聚糖介导转染法、脂质体介导转染法及电击基因转导尘等。靶基因被导入细胞后,一般在转染后48小时,靶基因即在细胞内表达。根据不同的实验目的,48小时后即可进行靶基因表达的检测等实验。如若建立稳定的细胞系,则可对靶细胞进行筛选,根据不同基因载体中所含有的抗性标志选用相应的药物,最常用的直核表达基因载体的标志物有潮霉素(hygromycin)和新霉素(neomycin)。
    常规转染技术可分为两大类,一类是瞬时转染,一类是稳定转染(永久转染)。前者外源DNA/RNA不整合到宿主染色体中,因此一个宿主细胞中可存在多个拷贝数,产生高水平的表达,但通常只持续几天,多用于启动子和其它调控元件的分析。一般来说,超螺旋质粒DNA转染效率较高,在转染后24-72小时内(依赖于各种不同的构建)分析结果,常常用到一些报告系统如荧光蛋白,β半乳糖苷酶等来帮助检测。后者也称稳定转染,外源DNA既可以整合到宿主染色体中,也可能作为一种游离体(episome)存在。尽管线性DNA比超螺旋DNA转入量低但整合率高。外源DNA整合到染色体中概率很小,大约1/104转染细胞能整合,通常需要通过一些选择性标记,如来氨丙基转移酶(APH;新霉素抗性基因),潮霉素B磷酸转移酶(HPH),胸苷激酶(TK)等反复筛选,得到稳定转染的同源细胞系。
    转染技术的选择对转染结果影响也很大,许多转染方法需要优化DNA与转染试剂比例,细胞数量,培养及检测时间等。一些传统的转染技术,如DEAE右旋糖苷法,磷酸钙法,电穿孔法,脂质体法各有利弊,其主要原理及应用特点见下表:
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转染方法 |
原理 |
应用 |
特点 |
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磷酸钙法 |
磷酸钙DNA复合物吸附细胞膜被细胞内吞 |
稳定转染 瞬时性转染 |
不适用于原代细胞 操作简便但重复性差 有些细胞不适用 |
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DEAE-右旋糖苷法 |
带正电的DEAE-右旋糖苷与核酸带负电的磷酸骨架相互作用形成的复合物被细胞内吞 |
瞬时性转染 |
相对简便、结果可重复 但对细胞有一定的毒副作用 转染时需除血清 |
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电穿孔法 |
高脉冲电压破坏细胞膜电位,DNA通过膜上形成的小孔导入 |
稳定转染 瞬时性转染 所有细胞 |
适用性广但细胞致死率高,DNA和细胞用量大, 需根据不同细胞类型优化电穿孔实验条件 |
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病毒介导法 |
通过侵染宿主细胞将外源基因整合到染色体中 |
稳定转染 |
可用于难转染的细胞、原代细胞,体内细胞等 |
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逆转录病毒 |
特定宿主细胞 |
但携带基因不能太大细胞需处分裂期 需考虑安全因素 | |
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腺病毒 |
通过侵染宿主细胞将外源基因整合到染色体中 |
瞬时转染 特定宿主细胞 |
可用于难转染的细胞 需考虑安全因素 |
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阳离子脂质体法 |
带正电的脂质体与核酸带负电的磷酸基团形成复合物被细胞内吞 |
稳定转染 瞬时性转染 所有细胞 |
适用性广,转染效率高,重复性好,但转染时需除血清。转染效果随细胞类型变化大 |
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Biolistic颗粒传递法 |
将DNA用显微重金属颗粒沉淀,再将包被好的颗粒用弹道装置投射入细胞,DNA在胞内逐步释放,表达 |
瞬时性转染 |
可用于:人的表皮细胞,纤维原细胞,淋巴细胞系以及原代细胞 |
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显微注射法 |
用显微操作将DNA直接注入靶细胞核 |
稳定转染 瞬时性转染 |
转染细胞数有限 多用于工程改造或转基因动物的胚胎细胞 |