转染实验大揭秘：转染到底是如何进行的

转染是将核酸导入真核细胞中的过程，是细胞生物学、基因表达和基因抑制实验中的关键步骤。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。

转染的目的

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。

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。

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。

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)。

转染小贴士 1. 瞬时转染和稳定转染

瞬时转染	稳定转染
转染 DNA 未整合至基因组，但仍残留在细胞核内	转染 DNA 整合至基因组
转染的遗传物质不会传递至子代； 遗传变化并非永久性的	转染的遗传物质可以稳定传递至下一代； 遗传变化是永久性的
无需选择	需要选择性筛选，分离稳定的转染子
DNA 载体和 RNA 可用于瞬时转染	仅 DNA 载体可用于稳定转染； RNA 本身无法稳定地导入细胞内
高拷贝的转染遗传物质可以实现高水平的蛋白质表达	单个或低拷贝数的稳定整合 DNA 可以实现较低水平的蛋白质表达
一般在转染 24–96 小时后收集细胞	需要 2–3 周筛选稳定转染的集落
一般不适用于采用诱导型启动子的载体研究	适用于采用诱导型启动子的载体研究

基因输送技术

细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌蛋白组成的，带有净负电荷。因此，它是大分子无法通过的障碍，如同样带有负电荷的 DNA 和 RNA 的磷酸骨架。为了让核酸通过细胞膜，研究人员开发出了各种技术，利用不同的方法-从使用化学物质和包被核酸的载体分子进行中和到使用物理方法在细胞膜上开孔，将 DNA 直接运输到细胞内。

目前可用的转染技术主要分为三大类：化学方法，使用载体分子中和或将阳性电荷传递至带负电的核酸上；生物学方法，采用已经过遗传学改造的病毒转移非病毒基因至细胞内(又称为转导)；及物理方法，将核酸直接导入细胞质或细胞核内。但是，没有一种方法可以适用于所有细胞和所有实验。必须根据您的细胞类型和实验要求选择理想的方法，必须具有高转染效率、低血细胞毒性、对正常生理学的影响最小，且使用简单、可重复。

接下来我们就来看看最常用的基因输送技术——阳离子脂质体介导的基因输送

阳离子脂质体介导的输送是一种快速、简单且重复性好的方法，可方便地将 DNA、RNA、siRNA 或寡核苷酸转入真核细胞内。它可对多种细胞类型实现高效转染，包括贴壁细胞、悬浮细胞、昆虫细胞和原代培养细胞。

阳离子脂质体介导的转染的优势在于能够高效地转染各种细胞系，适用于高通量筛选，且能够导入各种大小的 DNA、RNA 和蛋白质。此外，该方法可用于稳定和瞬时表达，与其他化学方法不同，它可以实现动物和人体内 DNA 和 RNA 转移。阳离子脂质体介导的转染的主要缺点在于，其转染效率取决于细胞类型和培养状态，需要根据细胞类型和转染试剂优化转染条件。

图 1. 阳离子脂质体介导的输送机制

转染小贴士 2. 阳离子脂质体介导的工作流程

文章来源：赛默飞世尔科技