质粒101:转化,转化,细菌缀合和转染

由Alyssa Cecchetelli

水平基因转移(HGT)是生物体之间的遗传物质的运动。它在细菌演化中起着关键作用,是细菌获得的主要机制抗生素耐药性和毒性。科学家研究了HGT自然界的发生,并学习了如何将遗传物质引入实验室中的细胞中。

将外源DNA或RNA导入细菌或真核细胞是分子生物学和科学研究中的一种常见技术。外源DNA可以通过多种方式引入细胞,包括转化、转导、偶联和转染。转化、转导和偶联在自然界中是HGT的形式,但转染是实验室特有的。让我们来看看这些不同的DNA插入方法。

转型,转导,缀合和转染比较

转换

转换的从环境中摄取遗传物质细菌细胞。在自然界中,这种遗传物质通常来自于邻近的裂解细菌,可以包括质粒DNA或释放到环境中的DNA片段。各种因素促进不同细菌的自然转化,如细胞的生长阶段(Baltrus和Guillemin,2006)或特定物质的存在(Meibom等,2005)。

虽然并非所有细菌都自然能够占用DNA,但它们可以通过实验室的化学操作能力。这通常使用透明细胞膜的氯化钙,使细菌可以容易地吸收您的感兴趣的质粒。科学家还可以使用电穿孔,将电荷的电荷施用于细胞,增加细胞膜渗透性,从而改变效率。查看Addgene的博客来了解制造你自己的感受细胞还有我们需要了解的协议页面实验室中的细菌转化

一幅漫画,展示了一种蓝色细菌吸收了GFP质粒并变绿。
古潮!虽然细菌不完全“吃”质粒如在这种漫画中所示,但是当一种细菌适度的质粒时,质粒上的基因可以给予它们不同的表型。例如,该质粒编码了一种绿色荧光蛋白基因,使细菌荧光荧光蛋白基因。玛雅·克朗特曼漫画。

转账

将异物DNA或RNA引入细菌或真核细胞时发生转导通过病毒或病毒载体

一个例子是将其与细菌膜附着物并将其遗传物质注入细胞中的噬菌体。内部,噬菌体可以遵循两个不同的生命周期之一:裂解或溶血性。Lytic Phages劫持细菌主机机械制作更多的病毒颗粒。最终,细胞溶液释放可感染其他细菌的新形成的病毒颗粒。在溶血性循环中,噬菌体的遗传物质在特定的整合位点掺入宿主的基因组中。综合噬菌体仍然是休眠,直到它被触发进入裂变循环。

在这两种生命周期中,细菌DNA可以意外包装到新创造的噬菌体中。将该DNA转移到另一个细胞被称为转导。在感染的细菌内转移一次DNA可以作为瞬时的血栓瘤瘤,如质粒存在,或者它可以通过同源或位点定向重组整合到宿主细菌的基因组中。

转导是科学家常用的一种工具,用来将不同的感兴趣的DNA序列引入细菌细胞或宿主的基因组。为了做到这一点,科学家们通常使用养猪,一种包含噬菌体和质粒特性的DNA克隆载体。在转导之前,噬菌体在“辅助”噬菌体的帮助下被打包成复制无能的噬菌体颗粒。

科学家还利用转导将外源DNA引入真核细胞,比如哺乳动物细胞系。这可以用慢病毒Adeno相关病毒(AAV)。慢病毒和AAV可用于产生两个瞬态细胞系,其中感兴趣的基因表达但未纳入基因组和稳定的细胞系,外来DNA被整合到细胞的基因组中,并通过细胞分裂传递下去。你可以找到各种不同的慢病毒和AAV质粒现成的病毒制剂在Addgene.有关病毒载体的更多信息,包括转导下载我们的vwin668vwin668病毒载体101电子书。

细菌共轭

接合法是第一个被广泛研究的基因转移方法。1946年,Joshua Lederberg和Edward Tatum发现了接合法,当时他们观察到了两个营养缺乏症患者之间的基因重组大肠杆菌导致野生型的菌株大肠杆菌(格里菲斯等人。,2000年)。

在接合过程中,遗传物质通过传递途径从供体细菌转移到受体细菌直接接触。供体细菌含有一个叫做生育因子(f因子)的DNA序列。f因子存在于一段DNA片段上,这段DNA片段可以自己复制,也可以整合到细菌染色体中,让供体细菌形成一个小的“桥”或性毛,附着在受体细胞上,使其靠近。一旦接触,供体就可以将遗传物质转移到受体细菌上。转移的遗传物质通常是质粒,可以推断出遗传优势,如抗生素耐药性。

动画片漫画显示细菌结合。一个细菌说“我做到了这一点。”另一个人说“你这么做了?”服用质粒并说“我做了这个”
“我制造了这个”模拟的细菌共轭!玛雅·克朗特曼漫画。

转染

与前三种可用于原核生物的方法不同,转染仅在真核细胞中进行。转染是将外源DNA故意引入真核细胞的过程通过非病毒方法包括实验室中的化学和物理方法。磷酸钙和二乙基氨基氨基氨基钙(DEAE)中和或甚至赋予DNA分子的总体电荷等化学品,使得它可以更容易地穿过带负电荷的细胞膜。诸如电穿孔或显微注射的物理方法实际上戳了细胞膜中的孔,因此可以将DNA直接引入细胞中。微注射需要使用细针来将核酸输送给单个细胞。另一方面,电穿孔使用电脉冲来在遗传物质通过的细胞膜中产生瞬态孔。

如果您开始任何分子生物学实验检查Addgene的协议页面它有基础分子生物学、质粒克隆和病毒技术的协议和视频。

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参考

David A.和Karen Guillemin。在幽门螺杆菌的生长周期中会出现多个能力阶段。《微生物学字母255.1(2006): 148 - 155。PubMedPMID:16436074

Griffiths AJF, Miller JH, Suzuki DT,等。细菌接合。在《遗传分析导论》第7版(2000)。

mebom, Karin L.等。几丁质诱导霍乱弧菌的自然能力。科学310.5755(2005): 1824 - 1827。PubMedPMID:16357262

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