转染、转化、转导傻傻分不清？这篇文章从理论

作者：张馨予

转染通常是指将核酸输送到真核细胞,或者更明确地说是输送到动物细胞内。术语转染一般用来表示原核生物感染病毒或噬菌体中病毒核酸的摄取,导致成熟病毒颗粒的感染和生成。但该术语现在的含义包括将外源性核酸人工导入细胞内。

一、什么是转染?

从广义上讲,转染是采用除病毒感染外的其他方法将核酸(DNA或RNA)人工导入细胞的过程。采用各种化学、生物学或物理方法导入外源性核酸会改变细胞的特性,从而实现细胞基因功能和蛋白质表达研究。转染后,导入的核酸可以瞬时性地存在于细胞内,只表达一段时间且不会复制,也可以稳定地整合至受体基因组内,随着宿主基因组的复制而复制,各种基因输送系统采用的术语与该领域的技术进展步调一致,并进一步区分不同的方法和细胞类型。

1、转染

2、转化

转化通常用来描述细菌、非动物真核细胞和植物细胞中非病毒DNA的转移。但是,转化还表示引起动物细胞表型发生性改变的特定事件或一系列事件,暗示遗传不稳定性及发展为癌症状态。尽管从这个意义上讲,转化可以源于转化病毒的感染或基因转染,也可以同时发生或在外来刺激物(如离子辐射或化学致突变源)刺激下产生。因此,在描述外源性遗传物质导入时,应避免将该术语用于动物细胞。

3、转导

转导用于描述病毒介导的DNA转移。但是,术语转染也可以表示细胞的病毒核酸(从真核细胞病毒或噬菌体中分离)感染。

转染的两个主要目的是生成重组蛋白,或特异性地提升或抑制转染细胞中的基因表达。因此,转染是一种功能强大的分析工具,可用于基因或基因产物的功能和调控研究,用于生成转基因生物,并用作基因治疗方法。

二、转染目的

1、基因表达

转染最常通过使用质粒载体或mRNA在培养细胞(或动物模型)中表达目的蛋白。利用真核细胞中的蛋白表达可以生成经过适当折叠和翻译后修饰的重组蛋白。另外,将带有可检测的标记物及其他修饰的蛋白质导入细胞,可用于启动子和增强子序列或蛋白:蛋白相互作用的研究。

此外,根据转染策略的不同,转染还可应用于各种形式的生物生产。例如,导入重编程转录因子可以生成诱导多能性干细胞(iPSC)。另一方面,稳定转染提供了不同治疗分子的生物生产方法。

2、基因抑制

转染的另一个常用用途是通过RNA干扰(RNAi)抑制特定蛋白质的表达。在哺乳动物细胞中,利用内源性表达的非编码RNA,以microRNA(miRNA)的形式-来源于双链RNA(dsRNA)前体-完成RNAi。前体被加工成成熟miRNA,成为RNA诱导的沉默复合物(RISC)的一部分,抑制互补靶mRNA的翻译。载体系统表达miRNA前体或短发夹RNA(shRNA)前体,它们通过内源性机制分别生成miRNA或shRNA,然后抑制基因表达。利用这些系统可以实现重组体的稳定转染,并允许前体分子的诱导型表达。

化学合成的短/小分子干扰RNA(siRNA)还可以整合形成RISC,通过靶向互补mRNA(降解)诱导基因沉默。siRNA修饰有助于防止脱靶效应,还可以确保dsRNA的活性链整合至RISC中。

三、转染类型:

将核酸导入细胞的生物、化学和物理方法有很多种。并非所有方法均适用于所有的细胞类型和实验应用,不同方法的转染效率、细胞毒性、对正常生理学的影响和基因表达水平各异。但是,所有转染策略均可分为两大类,其中一些导入核酸在细胞中存在一段时间(瞬时转染),而另一些则长时间存在于细胞中,并被传递至转染细胞的子代(稳定转染)。

1、瞬时转染

在瞬时转染中,导入核酸只在细胞中存在一段时间,且未整合至基因组。因此,在细胞分裂过程中,瞬时转染的遗传物质不会传递至下一代,其会在环境因素影响下丢失或在细胞分裂过程中被冲淡。但高拷贝数的转染遗传物质会引起蛋白质的高水平表达(在其存在于细胞期间)。

根据使用的重组体的不同,瞬时表达的转基因可以在1至7天内检出,但瞬时转染的细胞一般在转染后24至96小时收获。基因产物分析需要提取RNA或蛋白质进行酶活性分析或免疫分析。更佳时间间隔取决于细胞类型、研究目标和导入基因特定的表达特性,以及报告基因达到稳态所需的时间。但在数天内,大部分外源性DNA会在核酸酶作用下降解或被细胞分裂冲淡;一周后便无法再测出。