基因转染技术

将纯化的含有靶基因的质粒DNA送入细胞内

基因转染技术将特定的遗传信息传递到真核细胞中，这种技术不但革新了生物学和医学中许多基本问题的研究，也推动了诊断和治疗方面的分子技术发展，并使基因治疗成为可能。基因转染已广泛用于基因的结构和功能分析、基因表达与调控、基因治疗与转基因动物等研究。

技术介绍

基因转染技术就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。

基因转染技术已广泛应用于基因组功能研究和基因治疗研究。

转染方法

转染

转染指通过生化或者物理方法将目的基因导入真核细胞中。

感染

感染指通过病毒介导，用基因组中携带有克隆目的片断的病毒来感染靶细胞。

运载系统

将某一特定的靶基因传递到靶细胞，需要应用某一基因运载系统，这一系统可概括为两大类：非病毒方法和病毒方法

非病毒方法

非病毒方法包括以下几种方法：

1、化学转染法

（1）DEAE-葡聚糖和polybrene聚阳离子法：带正电的DEAE-葡聚糖或polybrene多聚体复合物和带负电的DNA分子使得DNA可以结合在细胞表面。通过使用DMSO或甘油获得的渗透休克将DNA复合体导入。DEAE－葡聚糖仅限于瞬时转染。

（2）磷酸钙共沉淀法：将氯化钙、DNA和磷酸盐缓冲液混合，形成磷酸钙微沉淀，附着于细胞膜并经过细胞内吞作用进入细胞质。

该方法的转化效率通常很低。

（3）脂质体染法：脂质体能在体内或体外提供运载外源性遗传物质进入细胞的载体。脂质体介导的基因转移的最大优势在于能在活体内应用。

2、生物方法

（1）直接注射法：将含有DNA的溶液直接注射到肌肉，以引起邻近的细胞摄入DNA链进行表达，在肌细胞中，基因表达可持续数月。

（2）受体介导的基因转移：依靠受体介导的细胞内吞途径以转移外源基因。受体介导的基因转移方法是在质粒DNA和某种特异的多肽（配体）之间形成复合体，而这种多肽能为细胞表面的受体所识别。如若将DNA在体内运送至肝内，可以选将DNA和能与肝细胞受体特异结合的去唾液酸糖蛋白质偶联，以便通过细胞内吞过程而被摄入，这种DNA大部分被肝脏所摄取。应用该方法转移的外源基因在活体内的表达持续时间较短，在评估实际应用前景上还存在一些问题。

（3）精子载体法：用精子和NDA（吡啶核甘酸辅酶）-剂孵育，可捕获得DNA。通过受精过程，将外源性基因导入受精卵，大大简化了转基因动物的制备过程。这项转染方法是才发展出来应用在鱼类转殖的最新技术，它最大有点就是简单方便。

3、物理方法

（1）微粒子轰击法（基因枪）：在真空状态下，利用粒子加速器将外面包裹了外源基因DNA的金颗粒或钨粉微颗粒进行加速，打入完整的细胞中，从而使外源基因DNA得以在靶细胞中稳定转化并有可能获得表达。实验结果表明，用这种方法靶基因可在皮肤、肌肉、肝、胰、胃和乳腺等细胞中表达。

（2）显微注射法：在显微镜下，将DNA经同细胞玻璃针直接注入细胞，该法适合于各种培养生长的细胞，但需要一定的设备和操作技巧。

（3）电穿孔法：电穿孔通过将细胞暴露在短暂的高场强电脉冲中转导分子。即利用脉冲场将DNA导入培养细胞。电脉冲和场强的优化对于成功的转染很重要。

病毒方法

病毒作为基因转染是基因递送良好的工具，病毒载体的优点有：

（1）在转化的细胞中传播重组的DNA分子作为稳定的遗传成分；

（2）可能将有缺陷的或突变的基因置于病毒调节信号的控制下以进行研究；

（3）能将克隆的基因作为病毒微染色体的一部分，并能进行分离；

（4）转移效率较高。其主要缺点是病毒载体对外源基因的最大容纳量只有2500bp。

常用的病毒载体有下列几种：

1、逆转录病毒载体

逆转录病毒为RNA病毒，它们的基因组编码在一条单链RNA上，病毒进入细胞通过逆转录作用，病毒RNA即转变为双链DNA分子，DNA进入细胞核并整合在细胞染色体中，这种整合的病毒称为原病毒。在原病毒的两端各有一长末端重复序列（LTR），LTR内侧还有为复制所必需的其他顺序，包括包装信号。常用的逆转病毒载体有CMV和SV。

2、DNA病毒载体

主要有腺病毒相关病毒载体，疱疹病毒载体。这一类是利用病毒载体介导的基因转移，以其高转染率和良好的靶向性成为肿瘤基因治疗的有效方法。对DNA病毒载体的研究是基因治疗研究中的重点领域。

基本过程

靶细胞的准备

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。

DNA的准备

用于转染的质粒DNA必须无蛋白质，无RNA和其它化学物质的污染，OD260/280比值应在1.8以上。DNA的质量和纯度能影响某些细胞系的转染效率，可以通过CsCl梯度法或标准柱层析法进行纯化。

转染与分析

具体的基因转染条件应参考所使用的试剂和方法进行优化。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，最常用的真核表达基因载体的标志物有潮霉素（hygromycin）和新霉素（neomycin ）在已有的技术状态下，基因转染效率很难达到100﹪。故必须首先将转导细胞和未转导的细胞加以区分。这样的新技术发展很快，常用的转导细胞筛选方法：

1.利用基因表达产物筛选法

（1）标记基因筛选法在载体上引入一个标记基因，或同时导入标记基因，在转染后的适当时间选用合适剂量的选择培养基，筛选标记基因表型，那些已导入外源基因的细胞将存活下来。

（2）基因缺陷型受体细胞的选择性以基因缺陷型细胞作为靶细胞，将正常基因导入基因缺陷型靶细胞后，使用选择性培养基进行筛选。

（3）基因共转染技术将目的基因表达载体DNA和标记基因表达载体DNA混合后共同转移到靶细胞中，分别使用标记基因和目的基因对应的选择剂进行两次筛选，最后得到复合转导的转化子。

2.分子生物学方法

外源基因是否真的转入靶细胞必须用分子杂交方法进行证实。常用的方法有原位杂交、Southern杂交。其中主要问题是探针的选择。

表达和检测

在筛选出转化子后还需要鉴定转导细胞中外源基因的表达状况。其中包括对目的基因和标记基因的鉴定。常用方法有原位杂交、Northern杂交、免疫组织化学染色等，原位及Northern杂交是检测外源基因转录出的mRNA,后者则是检测外源基因翻译出的蛋白质。

主要应用

1 、用于建造疾病的动物模型和药物筛选模型

2 、用于基因治疗

3 、用于异种器官移植