(1)CaCl2處理以后的轉化: 當細菌處于0℃、二價陽離子(如Ca2+、Mg2+等)低滲溶液中時,細菌細胞膨脹成球形,處于感受態;此時轉化混合物中的DNA形成抗DNA酶的羥基-鈣磷酸復合物粘附于細胞表面,重組DNA在42℃短時間熱沖擊后吸附在細胞表面,在豐富培養基中生長數小時后,球狀細胞恢復原狀并繁殖,該方法的轉化效率為每微克DNA可獲得105-106轉化子。環狀DNA比線狀DNA分子轉化效率高1000倍左右。本法的關鍵是選用的細菌必須處于生長對數期,實驗操作必須在低溫下進行。
(2)電擊法: 也稱電穿孔法,電擊法(electroporation)最早用于將DNA導入真核細胞,利用高壓脈沖,在細菌細胞表面形成暫時性的微孔,重組DNA從微孔中進入,脈沖過后,微孔復原,在豐富培養基中生長數小時后,細胞增殖,重組DNA得到大量復制。除需特殊儀器外,它比CaCl2操作簡單,無需制備感受態細胞,適用于任何菌株。其轉化效率較高,每微克DNA可以得到109-1010轉化子。
2.重組DNA分子導入真核細胞
將噬菌體、病毒或或以它們為載體構建的DNA重組體導入真核細胞的過程稱為轉染(transfection)。
(1)CaCl2處理以后的轉染:這是將重組的噬菌體DNA導入細胞的常規方法。這時的真核細胞一定要經一定濃度的冰冷的CaCl2(50~100mmol/L)溶液處理以后成為感受態細胞,感受態細胞有攝取各種外源DNA的能力。
(2)電擊法:利用脈沖電場將DNA導入受體細胞,它的導入效率受到很多因素的影響,如外加電場的強度:對大多數的哺乳動物細胞來說,一般控制在250~750v/cm較適宜;工作溫度:對不同類型的細胞要求有所不同,可在0℃至25℃的范圍內選擇;DNA的構象和濃度:線形DNA比環狀DNA要好,濃度宜控制在1~40μg/ml。此外,緩沖液的離子成分也對DNA的導入效率有一定影響,一般鹽溶液的導入效果較好。對于磷酸鈣共沉法等不能導入的受體細胞,高壓電穿孔法是一個可解決的方法,但它需要專門的儀器設備,導入前還必須進行預實驗,針對不同的對象,選擇最佳條件。
(3)聚乙二醇介導的轉染法:此法一般用于轉染酵母細胞以及其他真菌細胞。細胞用消化細胞壁的酶處理以后變成球形體,在適當濃度的聚乙二醇6000的介導下,將外源DNA導入受體細胞。
(4)磷酸鈣-DNA共沉淀法:將外源基因導入哺乳細胞中進行瞬時表達的常規方法。用磷酸鈣和DNA共沉淀的方法,是將被轉染的DNA和正在溶液中形成的磷酸鈣微粒共沉淀后,磷酸鈣和外源性DNA形成沉淀顆粒附著在細胞表面,通過細胞脂相收縮時裂開的空隙進入或在鈣、磷的誘導下被細胞攝取,通過內吞作用進入受體細胞,從而使外源DNA整合到受體細胞的基因組中得以表達。本法適用于將任何外源DNA導入哺乳動物細胞進行瞬時表達或長期轉化的研究。
(5)二乙胺乙基-葡聚糖介導的轉染:二乙胺乙基(diethyl-aminoethyl, DEAE)-葡聚糖介導的作用機制依然不甚清楚,可能是DEAE-葡聚糖與DNA結合后抑制核酸酶的作用或與細胞結合后促進細胞對DNA的內吞作用。此方法比磷酸鈣-DNA共沉淀法重復性好,但只適合瞬時轉染實驗。所需DNA量比磷酸鈣共沉淀少一些。
(6)原生質體融合:外源性DNA片段與噬菌體DNA載體連接后成為重組噬菌體DNA,經噬菌體外殼蛋白包裝完畢以后,成為有感染能力的噬菌體顆粒。將這些有感染能力的重組噬菌體顆粒和宿主真核細胞按一定的比例混合,在培養過程中利用噬菌體的主動感染能力,將重組噬菌體DNA導入真核細胞宿主中,依照噬菌體的生活周期,重組噬菌體DNA能在宿主真核細胞中大量復制。該方法步驟簡單,且轉染效率較高,每微克可得到107轉化子。
(7)脂質體法:脂質體(liposomes)是一種人造膜泡,可作為體內、體外物質轉運載體。它的化學成分是帶正電荷的N-[1-(2,3-二油酰氧)丙基]-N,N,N-三甲銨硫酸二甲酯和二油酰磷脂酰乙胺,與DNA或RNA上帶負電的磷酸基團結合,形成由陽離子脂質包裹DNA的顆粒,隨后脂質體上剩余的正電荷與細胞膜上的唾液酸殘基的負電荷結合,通過二者的融合將外源基因導入細胞。脂質體介導外源性DNA的轉移,可提高轉染的效率。它是最簡單的轉染方法并且脂質體對細胞生長的影響微乎其微。
(8)細胞核的顯微注射法:將外源基因的重組體通過顯微注射裝置直接注入細胞核中并進行表達,但這方法需一定的儀器和操作技巧。
外源基因導入原核細胞和真核細胞方法很多,可根據具體情況進行選擇。
二、重組子的篩選與鑒定
當一個基因重組的連接反應混合物去轉化或感染受體菌后,可以產生千千萬萬個轉化菌,因此,必須從宿主細胞中篩選出含有陽性重組DNA的細胞,并鑒定重組DNA的正確性。
(一)根據載體的性狀變化進行篩選
根據載體的抗藥性標志篩選
這是一個主要的篩選含有重組DNA宿主細胞的方法。大多數的載體都帶有抗生素的抗藥基因,常見的有抗氨芐青霉素基因,抗四環素基因,抗卡那霉素基因等。當帶有完整抗藥性基因的載體轉化無抗藥性細胞后,凡轉入載體的細胞都獲得了抗藥性,能在含有相應藥物的瓊脂平板上生長成菌落,而未被轉化的宿主細胞不能生長。但是,這種只帶有一種抗藥基因的載體組成的重組DNA,在瓊脂平板上生長成菌落是不能被區分是否是真正含有重組DNA的抑或是空載體,需要進一步的鑒定。
2、根據載體抗藥性標志插入失活選擇
一般的情況下選用含有兩個以上的抗藥基因的載體,外源DNA片段插入其中一個基因,并導致這個基因的失活,就可用兩個含不同藥物的平板,互相對照,篩選含重組DNA的菌落,這就是插入失活效應。例如圖7-10,pBR322質粒含有抗氨芐青霉素基因和抗四環素基因,某一外源DNA片段插入在pBR322的BamHI位點,從而導致抗四環素基因失活。由此可以判斷:在含氨芐青霉素或四環素的培養基中不能夠生長的細菌是不含有載體或重組DNA 的,也就是說是沒有轉化的;在含氨芐青霉素的培養基能生長的,而在含四環素的培養基不能生長的細菌是被重組DNA轉化的;在含氨芐青霉素或四環素的培養基都能生長的細菌是只含有載體,是未被重組的pBR322質粒。因此,根據菌落的不同抗藥性可以篩選出含有重組DNA的菌落。
3.β-半乳糖苷酶系統
許多載體(如pUC、pGEM系列載體等)都帶有一個來自大腸桿菌DNA的短序列,其中含有編碼β-半乳糖苷酶(β- galatosidase)基因(LacZ基因)的調控序列和N端146個氨基酸的編碼序列,在編碼序列中插入了一個多克隆位點,但不破壞閱讀框架,不影響功能。當這種載體轉入的宿主細胞是含有β-半乳糖苷酶C端編碼序列時,此酶的N端序列和C端序列可以互補(成為α互補),產生具有酶活性的蛋白質(β-半乳糖苷酶),從而使宿主細菌在含有異丙基-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)的培養基上呈藍色,IPTG是β-半乳糖苷酶產生的誘導劑,X- gal是發色底物: