科研干货 | 学会这些!载体构建轻松拿捏~

健康   2024-11-01 17:03   江苏  

上期与大家分享了有关PCR实验的的常见问题与对应解决方案,本期小编将继续为大家分享,PCR下游实验-载体构建的细节、常见问题及解决方案。

载体构建是分子生物学研究中常见的实验技能,广泛应用于基因表达研究、基因治疗、转基因生物培育和蛋白质生产等领域,其目的是将目标基因(或DNA片段)插入到合适的载体(如质粒、病毒载体等)中,形成重组载体。那么:目标基因如何获取?什么样的载体为合适的载体?目标基因与载体如何连接?载体构建后又如何验证它是否构建成功?等等..........都是大家在实验过程中会遇到的问题~接下来就由小编向大家一一道来:关于载体构建的“小心机”。


基本原理




载体构建主要包括:已有载体多克隆位点(MCS)的改造和已有载体启动子、增强子、筛选标记等功能元件的改造。是为把DNA分子运送到受体细胞中去,必须寻找一种能进入细胞、在装载了外来的DNA片段后仍能照样复制的运载体。常见的运载体是质粒,在基因工程中,常用人工构建的质粒作为载体。载体构建即是构建含外源DNA的质粒。




常见载体分类


克隆载体

这类载体能够在宿主细胞中复制和繁殖,通常具有较高的自主复制能力,载体上有适合插入外来核酸片段的限制性核酸内切酶位点,插入后不影响其在宿主细胞中的复制,

表达载体

包括原核表达载体和真核表达载体,原核表达载体繁殖迅速、培养简单、操作方便、遗传稳定;真核表达载体具有成熟的基因表达调控机理,遗传操作方便,技术成熟,成本低廉,安全性高。

转化载体

用于将任何基因或DNA序列整合到生物体的基因组中,通过同源重组整合进基因组,使用同一种载体克隆外源DNA序列后去转化该生物体。

穿梭载体

这类载体不仅具有细菌质粒的复制原点及选择标记基因,还有真核生物的自主复制序列(ARS)以及选择标记性状,具有多克隆位点,在细菌中用于克隆、扩增克隆的基因,在酵母菌中用于基因表达分析。



载体构建关键步骤



载体构建常见方式分类

  • 酶切连接法:利用限制性内切酶对目的基因和载体进行切割,产生相同或互补的黏性末端或平末端,然后通过DNA连接酶将目的基因和载体连接在一起,是最经典且实验室使用最多的方法学;

  • 同源重组法:基于生物体内同源染色体之间的重组机制。在体外,使目的基因和载体两端具有一定长度(通常20 - 50bp)的同源序列,在重组酶或细胞内自身重组系统的作用下,目的基因和载体发生重组;

  • Gateway克隆技术:基于λ噬菌体的位点特异性重组系统,需要购买专门的Gateway系统的入门载体和目的载体,以及相应的BP和LR重组酶,实验室不常使用该方法学;


载体构建常见问题总结

目的基因获取

目的基因常见获取方式:PCR基因扩增&基因文库获取

可能存在的问题

1、PCR扩增失败;

2、基因文库筛选效率低

解决方案

1、重新设计引物,确保引物与目的基因序列特异性结合;

2、构建高质量的基因文库,提高文库的覆盖率。另外可优化筛选方法,如采用更灵敏的杂交探针或改进筛选的杂交条件,提高目的基因筛选的准确性和效率。


载体酶切问题 

酶切处理:选择合适的限制性内切酶对载体进行切割,酶切反应条件需要严格控制,包括温度、反应时间、酶的用量等

可能存在的问题

1、酶切不完全(酶用量不足、酶切时间不够、酶活性受抑制);

2、载体自连(单酶切易出现)

解决方案:

1、增加酶用量但注意不可过量,过量亦会导致抑制现象,延长酶切时间,检查反应温度是否为酶切最佳温度,检查反应体系是否存在酶抑制剂(某些离子成分可能存在抑制性);

2、酶切后载体进行去磷酸化处理,防止自连,同时推荐最好使用两种不同的限制性内切酶进行双酶切切割载体,可有效降低自连现象。


目的基因与载体连接问题

实验室常用连接方式:黏性末端连接&平末端连接

可能存在的问题

1、连接效率低;

2、目的基因与载体发生错误连接

解决方案:

1、针对连接效率低:黏性末端连接,要确保目的基因和载体的黏性末端匹配良好,在连接反应前可对酶切产物进行纯化。平末端连接,可选用高活性的T4 DNA连接酶,同时适当增加连接酶的用量和延长连接反应时间。还可以在连接反应体系中加入一些促进剂,如聚乙二醇(PEG),提高连接效率。

2、注意设计和选择酶切位点,尽量保证目的基因只有一种正确的插入方向。


重组基因筛选与鉴定问题

实验室常用重组基因筛选与鉴定方法:筛选-基于选择标记的筛选&蓝白班筛选;鉴定-PCR鉴定、酶切鉴定、测序鉴定

可能存在的问题

1、重组基因假阳性;

2、重组基因鉴定错误

解决方案:

1、针对假阳性可采用多种筛选方法相结合的方式。例如在利用抗药基因筛选后,再进行蓝白斑筛选或其他功能筛选,提高筛选的准确性,同时对筛选出的可疑克隆进行进一步验证,如提取质粒后进行酶切或测序分析;

2、规范操作流程,在进行PCR、酶切和测序操作时,严格按照操作规程进行。对于PCR鉴定,检查引物的正确性和退火温度等条件;对于酶切鉴定,确保酶切体系和条件准确无误;对于测序鉴定,选择质量可靠的测序服务提供商,并对测序结果进行仔细分析。


重组载体导入宿主细胞问题

实验室常用导入方式:转化(针对细菌宿主细胞)&转染(针对真核细胞)

可能存在的问题

1、转化/转染效率低;

2、细胞毒性影响

解决方案

1、优化调整转化/转染方法和条件。对于细菌转化,精确控制热激温度和时间,对于真核细胞转染,可尝试不同的转染试剂和方法,如脂质体转染时,优化脂质体和重组载体的比例,以及细胞的培养状态和密度等。还可以考虑采用电穿孔等其他转染方法,并优化电穿孔参数。

2、筛选低毒高效的转染试剂,可通过预实验对比不同转染试剂对细胞的毒性和转染效率。减少转染试剂的用量,在保证一定转染效率的前提下,尽量降低对细胞的损害。同时,可在转染后及时更换培养基,去除可能残留的转染试剂。


小结


以上全部内容就是我们实验人员在做载体构建时常常碰到“疑难杂症”,希望能够帮助大家解决在实际的实验操作过程中所遇到的问题。下期我们还将继续给大家推送有关分子生物实验室常用实验技巧、实验常见问题及对应解决方案。派森诺竭诚为大家提供有关生命科学实验室从上至下所有相关试剂、耗材和仪器,助力每一位生命科学实验室的科研人收获属于自己的完美实验结果,逐梦高分文章~


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上海派森诺生物科技股份有限公司成立于2011年4月,是一家致力于为生命科学、健康医学等领域提供微生物组、基因组、转录组、单细胞及蛋白代谢等多组学分子生物学技术服务及大数据挖掘与分析服务的高新技术企业,是国家级专精特新“小巨人”企业、国家知识产权优势企业、上海市“科技小巨人”企业。公司总部位于上海,设有多家全资子公司,实验及办公面积逾15,000m2

公司建立了完善的基因测序平台和大数据云计算平台,具有完全自主研发的创新技术和成果,派森诺生物及所属子公司已取得授权及受理专利、软件著作权250余项;合作项目论文多次发表在Nature、Lancet等国际生命科学、医学权威期刊,联合署名发表的SCI文章超1,500篇,累计影响因子超过10,000分。公司在全国31个省市设立了销售网点,业务网络覆盖亚洲、欧洲、大洋洲等多个国家,与全球500多所高校、300多家医院及600多家科研机构建立了紧密合作关系。

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