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DNA重组(DNA recombination)技术:DNA重组与鉴定-2

2020.9.08
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

(1)CaCl2处理以后的转化: 当细菌处于0℃、二价阳离子(如Ca2+、Mg2+等)低渗溶液中时,细菌细胞膨胀成球形,处于感受态;此时转化混合物中的DNA形成抗DNA酶的羟基-钙磷酸复合物粘附于细胞表面,重组DNA在42℃短时间热冲击后吸附在细胞表面,在丰富培养基中生长数小时后,球状细胞恢复原状并繁殖,该方法的转化效率为每微克DNA可获得105-106转化子。环状DNA比线状DNA分子转化效率高1000倍左右。本法的关键是选用的细菌必须处于生长对数期,实验操作必须在低温下进行。

(2)电击法: 也称电穿孔法,电击法(electroporation)最早用于将DNA导入真核细胞,利用高压脉冲,在细菌细胞表面形成暂时性的微孔,重组DNA从微孔中进入,脉冲过后,微孔复原,在丰富培养基中生长数小时后,细胞增殖,重组DNA得到大量复制。除需特殊仪器外,它比CaCl2操作简单,无需制备感受态细胞,适用于任何菌株。其转化效率较高,每微克DNA可以得到109-1010转化子。

2.重组DNA分子导入真核细胞

将噬菌体、病毒或或以它们为载体构建的DNA重组体导入真核细胞的过程称为转染(transfection)。

(1)CaCl2处理以后的转染:这是将重组的噬菌体DNA导入细胞的常规方法。这时的真核细胞一定要经一定浓度的冰冷的CaCl2(50~100mmol/L)溶液处理以后成为感受态细胞,感受态细胞有摄取各种外源DNA的能力。

(2)电击法:利用脉冲电场将DNA导入受体细胞,它的导入效率受到很多因素的影响,如外加电场的强度:对大多数的哺乳动物细胞来说,一般控制在250~750v/cm较适宜;工作温度:对不同类型的细胞要求有所不同,可在0℃至25℃的范围内选择;DNA的构象和浓度:线形DNA比环状DNA要好,浓度宜控制在1~40μg/ml。此外,缓冲液的离子成分也对DNA的导入效率有一定影响,一般盐溶液的导入效果较好。对于磷酸钙共沉法等不能导入的受体细胞,高压电穿孔法是一个可解决的方法,但它需要专门的仪器设备,导入前还必须进行预实验,针对不同的对象,选择最佳条件。

(3)聚乙二醇介导的转染法:此法一般用于转染酵母细胞以及其他真菌细胞。细胞用消化细胞壁的酶处理以后变成球形体,在适当浓度的聚乙二醇6000的介导下,将外源DNA导入受体细胞。

(4)磷酸钙-DNA共沉淀法:将外源基因导入哺乳细胞中进行瞬时表达的常规方法。用磷酸钙和DNA共沉淀的方法,是将被转染的DNA和正在溶液中形成的磷酸钙微粒共沉淀后,磷酸钙和外源性DNA形成沉淀颗粒附着在细胞表面,通过细胞脂相收缩时裂开的空隙进入或在钙、磷的诱导下被细胞摄取,通过内吞作用进入受体细胞,从而使外源DNA整合到受体细胞的基因组中得以表达。本法适用于将任何外源DNA导入哺乳动物细胞进行瞬时表达或长期转化的研究。

(5)二乙胺乙基-葡聚糖介导的转染:二乙胺乙基(diethyl-aminoethyl, DEAE)-葡聚糖介导的作用机制依然不甚清楚,可能是DEAE-葡聚糖与DNA结合后抑制核酸酶的作用或与细胞结合后促进细胞对DNA的内吞作用。此方法比磷酸钙-DNA共沉淀法重复性好,但只适合瞬时转染实验。所需DNA量比磷酸钙共沉淀少一些。

(6)原生质体融合:外源性DNA片段与噬菌体DNA载体连接后成为重组噬菌体DNA,经噬菌体外壳蛋白包装完毕以后,成为有感染能力的噬菌体颗粒。将这些有感染能力的重组噬菌体颗粒和宿主真核细胞按一定的比例混合,在培养过程中利用噬菌体的主动感染能力,将重组噬菌体DNA导入真核细胞宿主中,依照噬菌体的生活周期,重组噬菌体DNA能在宿主真核细胞中大量复制。该方法步骤简单,且转染效率较高,每微克可得到107转化子。

(7)脂质体法:脂质体(liposomes)是一种人造膜泡,可作为体内、体外物质转运载体。它的化学成分是带正电荷的N-[1-(2,3-二油酰氧)丙基]-N,N,N-三甲铵硫酸二甲酯和二油酰磷脂酰乙胺,与DNA或RNA上带负电的磷酸基团结合,形成由阳离子脂质包裹DNA的颗粒,随后脂质体上剩余的正电荷与细胞膜上的唾液酸残基的负电荷结合,通过二者的融合将外源基因导入细胞。脂质体介导外源性DNA的转移,可提高转染的效率。它是最简单的转染方法并且脂质体对细胞生长的影响微乎其微。

(8)细胞核的显微注射法:将外源基因的重组体通过显微注射装置直接注入细胞核中并进行表达,但这方法需一定的仪器和操作技巧。

外源基因导入原核细胞和真核细胞方法很多,可根据具体情况进行选择。

二、重组子的筛选与鉴定

当一个基因重组的连接反应混合物去转化或感染受体菌后,可以产生千千万万个转化菌,因此,必须从宿主细胞中筛选出含有阳性重组DNA的细胞,并鉴定重组DNA的正确性。

(一)根据载体的性状变化进行筛选

  1. 根据载体的抗药性标志筛选

这是一个主要的筛选含有重组DNA宿主细胞的方法。大多数的载体都带有抗生素的抗药基因,常见的有抗氨苄青霉素基因,抗四环素基因,抗卡那霉素基因等。当带有完整抗药性基因的载体转化无抗药性细胞后,凡转入载体的细胞都获得了抗药性,能在含有相应药物的琼脂平板上生长成菌落,而未被转化的宿主细胞不能生长。但是,这种只带有一种抗药基因的载体组成的重组DNA,在琼脂平板上生长成菌落是不能被区分是否是真正含有重组DNA的抑或是空载体,需要进一步的鉴定。

2、根据载体抗药性标志插入失活选择

一般的情况下选用含有两个以上的抗药基因的载体,外源DNA片段插入其中一个基因,并导致这个基因的失活,就可用两个含不同药物的平板,互相对照,筛选含重组DNA的菌落,这就是插入失活效应。例如图7-10,pBR322质粒含有抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因,某一外源DNA片段插入在pBR322的BamHI位点,从而导致抗四环素基因失活。由此可以判断:在含氨苄青霉素或四环素的培养基中不能够生长的细菌是不含有载体或重组DNA 的,也就是说是没有转化的;在含氨苄青霉素的培养基能生长的,而在含四环素的培养基不能生长的细菌是被重组DNA转化的;在含氨苄青霉素或四环素的培养基都能生长的细菌是只含有载体,是未被重组的pBR322质粒。因此,根据菌落的不同抗药性可以筛选出含有重组DNA的菌落。

3.β-半乳糖苷酶系统

许多载体(如pUC、pGEM系列载体等)都带有一个来自大肠杆菌DNA的短序列,其中含有编码β-半乳糖苷酶(β- galatosidase)基因(LacZ基因)的调控序列和N端146个氨基酸的编码序列,在编码序列中插入了一个多克隆位点,但不破坏阅读框架,不影响功能。当这种载体转入的宿主细胞是含有β-半乳糖苷酶C端编码序列时,此酶的N端序列和C端序列可以互补(成为α互补),产生具有酶活性的蛋白质(β-半乳糖苷酶),从而使宿主细菌在含有异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropylthio-β-D-galactoside,IPTG)/5-溴-4氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷(5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactoside ,X-gal)的培养基上呈蓝色,IPTG是β-半乳糖苷酶产生的诱导剂,X- gal是发色底物:


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