在上一期中,我们介绍了细胞转染的基本知识和应用类型,本期将继续为大家普及有关病毒转染的常识。病毒转染是一种高效的细胞转染技术,利用病毒载体将外源基因包裹在病毒外壳中,通过病毒的天然感染性将外源基因导入宿主细胞,从而实现基因的稳定表达。常见的病毒载体包括腺病毒(Adenovirus,ADV)、慢病毒(Lentivirus,LV)、逆转录病毒(Retrovirus,RV)和腺相关病毒(AAV)。目前,实验室中广泛使用的是慢病毒,接下来,我们将重点介绍慢病毒的相关内容。
一、慢病毒的结构
慢病毒是以HIV-1为基础开发的基因治疗载体,属于带膜的RNA病毒,直径为80-120纳米,呈二十面体对称的球形结构。病毒颗粒的最外层是包膜,包膜蛋白决定了感染细胞的类型;内层为基质蛋白和衣壳,核心包含两条相同的正链RNA和一些酶,包括逆转录酶、整合酶和蛋白酶。
慢病毒具有复杂的基因组,以HIV-1为例,该病毒是单链RNA病毒,包含9个基因。其基因组两端各有反向末端重复序列(LTR),中间部分包含3个编码病毒结构的基因(gag、pol、env)及2个调节基因(tat、rev),还有4个辅助基因(vif、vpr、vpu、nef)。随着慢病毒基因组的深入研究以及转染技术的发展,科学家们不断优化其基因组,将基因分布在不同质粒中,推动了第一代、第二代以及第三代慢病毒系统的发展。其中,第二代三质粒系统和第三代四质粒系统被广泛应用。
二、慢病毒的复制与包装
为了提高靶细胞的转染效率,实验室需获得高滴度的慢病毒,这个过程称为慢病毒的复制与包装。通常通过按一定比例转染3种质粒至293T细胞,并在48-72小时后收集含病毒的上清液,或进行病毒的进一步浓缩。
三、慢病毒感染细胞的过程
慢病毒感染细胞的首要步骤是通过其表面的包膜蛋白与宿主细胞表面的受体结合,进而实现膜融合,释放出病毒内部结构蛋白、酶蛋白及病毒核心。在逆转录酶的作用下,慢病毒RNA进行逆转录,与整合酶形成整合前复合物。随后,该复合物进入宿主细胞的细胞核,整合酶催化其与宿主基因组整合,最终在宿主细胞质中通过外源基因前启动子驱动基因的表达。
四、常见的慢病毒转染类型
1. 慢病毒荧光转染:通过转染标记荧光基团(如GFP/mCherry/RFP等),筛选出的目的细胞会携带荧光蛋白。细胞吸收荧光激发能量后,电子从基态跃迁到激发态,并在回到基态时以发射光的形式释放能量,形成特定波长的光。可通过荧光显微镜或流式细胞仪检测转染后的荧光强度以评估转染效率。
2. 慢病毒荧光素酶转染:将携带荧光素酶编码基因(Luc)的质粒导入细胞或动物体内,会产生荧光素酶。这种酶可催化底物生成荧光。添加底物后,在ATP和荧光素酶的作用下,底物被氧化并发出绿色或黄色荧光。高灵敏度的生物发光成像技术可以用于监测光强度的变化,尤其是在观察活体动物中的肿瘤生长和转移发展情况时。
3. 慢病毒细胞永生化转染:通过病毒感染、辐射或化学致癌等方式,打破体外分离培养原代细胞的分裂次数限制,使其获得一定的生长能力。利用慢病毒转染技术将外源性永生化基因导入目标细胞,获得能够无限增殖且细胞间无差异的永生化细胞株。
尊龙凯时生物公司专注于提供常用细胞系及原代细胞的慢病毒转染服务,包括细胞慢病毒转染绿色荧光蛋白(ZsGreen)、红色荧光蛋白(mCherry、RFP)、化学发光LUC及SV40永生化转染服务,现已建立近40种稳定转导细胞系。我们还可以根据客户需求进行特定细胞的慢病毒转染。
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