一、引言

轉染是分子生物學和細胞生物學研究的重要技術，它允許我們向細胞引入外源基因，從而進行基因功能研究、基因表達調控，或是進行基因治療等。本文將詳細介紹轉染的概念、分類、應用場景、步驟，常用于轉染的細胞類型、以及大家常用試劑等方面來介紹此技術。

二、轉染概念

轉染，顧名思義，是指將某種物質轉移到細胞內。在生物醫學研究中，這個“物質”通常指的是DNA或RNA。通過轉染，我們可以向細胞引入新的基因，或者沉默或敲低細胞內的某個基因，從而研究該基因對細胞生命活動的影響。

三、轉染的分類

1、根據轉染物質的種類，轉染可分為DNA轉染和RNA轉染。

1）DNA轉染是指將外源DNA分子導入真核細胞的過程，它是真核細胞主動或被動導入外源DNA片段而獲得新的表型的過程。通常用于基因表達和蛋白質合成的研究。

2）RNA轉染指將RNA分子導入細胞的過程，則主要用于干擾RNA的研究，以探究特定基因的功能。

2、根據轉染的穩定性和效率，轉染又可以分為穩定轉染和瞬時轉染。

1）穩定轉染是指外源基因（DNA/RNA）整合到宿主基因組上，并能穩定遺傳給后代，這多用于長期觀察基因對于細胞功能的影響以及蛋白之間的相互作用。

2）瞬時轉染則是指外源基因（DNA/RNA）不整合到宿主基因組上，僅在細胞分裂周期內表達，主要用于啟動子和其他調控原件的分析以及蛋白質的功能研究。

兩者的實驗步驟相似，但在實驗操作上有一定的差異。首先，穩定轉染和瞬時轉染所使用的轉染試劑不同。穩定轉染通常使用脂質體等試劑，通過細胞內吞作用將外源基因整合到細胞基因組中。這些試劑可以促進外源基因與細胞表面的受體結合，從而實現基因的穩定轉染。而瞬時轉染則是使用聚凝胺等試劑進行轉染，雖然這些試劑也可以促進外源基因進入細胞，但它們不會將基因整合到細胞基因組中。其次，穩定轉染和瞬時轉染對外源基因的要求也不同。穩定轉染通常需要使用具有復制能力的質粒或病毒載體，以便外源基因可以在細胞內穩定存在并整合到細胞基因組中。而瞬時轉染則不需要使用具有復制能力的載體，因為外源基因只是短暫地表達，拷貝數會被稀釋，無法達到持續表達外源基因的目的。

3、根據轉染試劑的不同，可分為：化學轉染、物理轉染、病毒轉染。

1）化學轉染：通過使用一些化學物質，如聚乙烯亞胺（PEI）、脂質體等，來改變細胞膜的物理和化學性質，使其對外源性DNA或RNA具有親和力，從而實現基因轉移。這種方法的優點在于可以通過控制化學物質的濃度和作用時間等因素來精確控制轉染的效率和時間。

2）物理轉染：包括基因槍法和電擊法。基因槍法利用高速運動的粒子，將DNA或RNA撞擊到細胞膜上，從而進入細胞。電擊法是在細胞上短時間暫時性的穿孔讓外源質粒進入（實驗條件控制較嚴、難度較大）。物理轉染的優點在于可以直接將DNA或RNA導入到細胞內，而不需要使用任何化學物質。

3）病毒轉染：利用病毒作為載體，將外源基因包裝后導入細胞。這種方法可以有效地實現外源基因的穩定整合和表達，同時具有較高的轉染效率和安全性。常用的病毒載體包括腺病毒、逆轉錄病毒等。病毒轉染的優點在于可以實現高效、特異性的基因轉移，同時避免使用某些化學物質對細胞產生的負面影響。

四、轉染應用場景

1、在生命科學研究領域，轉染技術的主要應用包括：

基因功能研究：通過轉染技術將外源基因導入細胞，研究該基因在細胞中的功能、表達調控、亞細胞定位等。

基因敲除和沉默：通過轉染技術導入含有特定基因敲除或沉默序列的質粒，研究特定基因的敲除或沉默對細胞生長、分化、凋亡等的影響。

病毒感染研究：將病毒基因導入細胞系，研究病毒感染細胞的機制、抗病du藥物的作用機理等。

細胞分化和命運決定：通過轉染技術導入與細胞分化命運相關的基因或調控元件，研究細胞的分化、凋亡、自噬等過程。

腫瘤研究：將與腫瘤相關的基因導入腫瘤細胞系，研究腫瘤細胞的惡性轉化、腫瘤耐藥性、腫瘤免疫等。

2、在藥物研發和生產中，轉染技術的主要應用包括：

疫苗生產：將病毒抗原基因導入合適的細胞系，通過轉染技術獲得可表達病毒抗原的細胞系，用于制備疫苗。例如，將病毒抗原基因導入昆蟲細胞中，可以生產出高效、安全的病毒疫苗。

基因治療：將治療性基因（如治療性siRNA、質粒DNA等）導入靶細胞，通過轉染技術實現基因治療。例如，將特定基因導入心肌細胞中，可以治療遺傳性心臟病或心肌梗死等疾病。

藥物篩選：通過轉染技術將藥物靶點基因導入細胞系，用于篩選能夠與藥物靶點結合的藥物候選物。

生產細胞系：在生產重組蛋白藥物、抗體藥物等過程中，通過轉染技術將目的基因導入生產細胞系，獲得可穩定表達目的藥物的細胞系。

總之，轉染技術在生命科學研究領域和藥物研發、新藥開發等領域具有廣泛的應用前景，為研究基因功能、疾病治療和新藥開發提供了有效的工具和方法。

五、轉染步驟

1、以下是較為常見的一種轉染方法的步驟：

☆ 準備細胞：選擇適當類型的細胞進行轉染，并在轉染前進行適當的培養，確保細胞處于對轉染最有利的狀態。

☆ 準備基因：將目的基因以合適的方式進行剪切和標記，以便于后續的檢測和篩選。

☆ 制備轉染載體：選擇適當的轉染載體，如脂質體、病毒等，將目的基因包裹在轉染載體中（這個步驟是載體構建，將目的基因插入到轉染載體中，形成重組目的基因片段，并利用這種重組片段轉染目標細胞，從而將目的基因導入細胞中）

☆ 進行轉染：按照生產商提供的標準操作流程，將轉染載體導入受體細胞。

☆ 確認轉染效果：通過特定的檢測方法，如熒光染色、免疫細胞化學、Western blot等，確認目的基因是否成功轉入受體細胞中。

☆ 篩選和克隆：對于需要進一步克隆和擴增的細胞，可以通過特定的篩選方法，如抗生素篩選、熒光篩選等，對細胞進行篩選和克隆。

☆ 擴大培養：將篩選出的細胞進行擴大培養，以便獲得更多的細胞用于后續的實驗或生產。

☆ 功能驗證：在進行基因轉染后，需要通過特定的功能驗證方法，如ELISA、細胞活性檢測、Western blot等，確認目的基因是否成功表達并發揮作用。

注意：轉染載體是指在基因轉染過程中，用于幫助目的基因進入宿主細胞的一些輔助因子。這些載體可以是質粒、病毒、人工染色體或其他能自主復制的DNA分子。

在轉染過程中，目的基因通常被插入到載體中，以便于將其導入宿主細胞。載體可以將目的基因帶到細胞內部，并確保其在細胞內穩定存在和表達。常見的轉染載體包括質粒、噬菌體、反轉錄病毒、慢病毒等。

其中，質粒是很常用的一種轉染載體，它是一種小型環狀DNA分子，可以在細胞內自主復制。噬菌體則是一種病毒，它能夠將其遺傳物質插入到細菌細胞中，并利用細菌的細胞器進行自我復制。反轉錄病毒和慢病毒則可以感染哺乳動物細胞，將外源性基因導入細胞內進行表達。

2、siRNA轉染步驟

① 以下是siRNA轉染至受體細胞的步驟：

☆ 設計siRNA：首先，需要基于目標基因序列設計siRNA。可以使用在線工具或商業實驗室進行設計（Like us）。一般建議設計2-3條siRNA并進行驗證，以確保特異性和有效性。

☆ 合成siRNA：將設計好的siRNA通過化學合成方法制備出來，并進行純化和濃縮。通常選擇購買現成的siRNA（We have what you want），也可以使用自行合成的siRNA。

☆ 細胞培養：將所需的受體細胞培養到適當的數量和密度。在轉染前應確保細胞處于快速增長期，并且細胞狀態良好。

☆ 轉染siRNA：根據轉染試劑說明書或實驗室標準操作流程，將siRNA轉染到受體細胞中。

☆ 鑒定：轉染后需要對細胞進行恢復培養，通常24-48h后可以進行下一步操作。

② siRNA概念及轉染作用

siRNA，即小干擾RNA，是一種長度約為21-25個核苷酸的雙鏈RNA分子。在轉染這一步驟中，siRNA發揮的作用是誘導靶基因的沉默，進而抑制蛋白的表達。具體來說，當siRNA進入細胞后，它能夠與細胞內的mRNA（信使RNA）結合，導致信使RNA的降解，從而阻止特定蛋白質的翻譯。由于這種機制，siRNA在基因治療和藥物研發中具有廣泛的應用前景，包括但不限于基因沉默、基因敲除、基因修飾、病毒抑制、細胞治療以及疫苗研發等。

3、其余轉染的基因類型

① miRNA的概念及轉染作用

miRNA是一種非編碼RNA，它通常由約20-25個核苷酸組成，并在真核生物中廣泛存在。miRNA的主要功能是在細胞中調節基因表達。它們通過與靶標mRNA相結合，引發一系列的生物學過程，如抑制mRNA的翻譯或促進mRNA的降解。通過這種方式，miRNA能夠對多種基因的表達進行精確的調控，影響細胞的生長、分化、代謝和發育等重要過程。

在轉染至受體細胞中，miRNA的作用主要是調節特定基因的表達。它們通過與靶mRNA結合，影響轉錄后基因表達的效率。具體而言，miRNA可以促進靶mRNA的降解，從而降低特定基因的表達水平；也可以抑制靶mRNA的翻譯，進一步減少特定基因的蛋白質產物。通過這些方式，miRNA能夠精細地調控細胞內的基因表達過程。

miRNA在許多生物學過程中發揮重要作用，包括細胞周期調控、細胞分化、免疫應答、發育調節等。同時，異常的miRNA表達與多種疾病的發生和發展相關，如癌癥、心血管疾病、神經系統疾病等。因此，miRNA在生物學和醫學研究中具有重要的價值和潛在的臨床應用前景。

② mRNA概念及轉染作用

mRNA，全稱為信使RNA，是由DNA上的基因信息轉錄而來的一種核酸分子。在細胞內，mRNA負責將DNA上的遺傳信息轉錄成可讀取的RNA序列，并傳遞給核糖體，以便合成蛋白質。mRNA的轉染作用是指將體外合成的mRNA通過某種方式導入到細胞內，利用細胞內的翻譯系統將mRNA翻譯成目標蛋白質。這種技術被廣泛應用于生物醫藥領域，如mRNA疫苗的研發和mRNA藥物的生產。通過mRNA疫苗的研發，可以讓人體免疫系統產生對病毒的免疫力，達到預防病毒感染的目的。此外，利用mRNA編程的細胞外包裝體可以用來治療癌癥等疾病。這些外表皮體可以將mRNA輸送到病變區域，從而激活免疫系統并促進治療的效果。

在轉染過程中，mRNA需要被加工和修飾，以確保其穩定性、蛋白質表達效率和正確的亞細胞定位。這些加工過程包括5'端帽子修飾、3'端多聚腺苷酸尾巴的形成等。相較于其他技術如蛋白質技術、基因組編輯技術等，mRNA技術具有高效性、安全性、制備簡單、生產周期短、成本低等優點。因此，基于mRNA技術開發的各種疫苗及藥物將會是生物醫藥產業的發展方向。

六、常用于轉染的細胞

常用于轉染的細胞包括原代細胞、原代細胞衍生物、腫瘤細胞系、幼倉鼠腎細胞（BHK-21）、人胚腎細胞（HEK-293）、人胚肺細胞（HEL）、人肺癌細胞（A549）、人乳腺癌細胞（MCF-7）、人宮頸癌細胞（HeLa）、人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）、大鼠肝細胞、神經元細胞等。

人胚胎腎細胞（HEK293）：這種細胞系具有高轉染效率和穩定性的特點，常用于基因克隆和疫苗生產。

人宮頸癌細胞（HeLa）：這種細胞系具有高分裂速度和穩定性的特點，常用于基因功能研究和蛋白質生產。

人骨髓瘤細胞（U266）：這種細胞系具有高分化度和穩定性的特點，常用于基因克隆和藥物篩選。

小鼠胚胎成纖維細胞（NIH3T3）：這種細胞系具有低免疫原性和高分裂速度的特點，常用于基因敲除和藥物篩選。

大鼠膠質瘤細胞（C6）：這種細胞系具有高分化度和穩定性的特點，常用于藥物篩選和腫瘤研究。

需要注意的是，不同的細胞類型具有不同的轉染效率和特點，實驗人員需要根據具體實驗需求和細胞特點選擇適合的轉染方法和技術。

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