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感受態細胞
發布日期：2025-12-17 16:42:52


感受態細胞


感受態，英文是Competent Cell，令人納悶的是，直譯過來“有能力的細胞”。在實驗里，它是在分子生物研究中的必備工具，一般為克隆與表達提供直接場所。
（轉化過程）


Part.01
 自然界的感受態
你以為感受態細胞是科學家們定向改造的人工特有材料，那就大錯特錯了。

細胞呈現的這種開放的“感受態”并非僅是實驗室里的一種工具，從根本上說，它們是某些微生物（主要是細菌或一些酵母）在進化中獲得的一種主動從環境中攝取外源DNA的生理狀態，繼而在大自然中獲得某些競爭優勢。

比如當細菌種群密度很高（群體感應）、營養匱乏（饑餓）或面臨其他環境脅迫時，一部分個體會進入感受態。這是一種應對危機時的冒險策略，打開細胞膜，冒險吸收環境中任何DNA（可能來自死亡裂解的同類或其他微生物），希望其中包含能幫助它渡過難關的基因，例如抗抗生素基因、毒力因子或新的代謝途徑。

除此之外，它們在DNA受到損傷（如紫外線、化學損傷）時，攝入的外源DNA片段可以作為修復模板，幫助細胞進行同源重組修復，維持基因組完整性。
總之，自然感受態是一個受到精密遺傳調控的、主動的生物學過程。




Part.02
 克隆與表達感受態細胞
在實驗室中，我們需要的是大量、高效、同步進入感受態狀態的細胞，并且要能長期保存，因此，發展出了一套標準化的人工制備方法。
針對不同的實驗目的，科學家們培育出了多種具有不同遺傳背景的工程菌株，并制備成相應的感受態細胞，常分為克隆用感受態和蛋白表達用感受態，兩者在關鍵基因上做了差異化改造。



（金沙生物感受態細胞）
克隆用感受態細胞代表有DH5α, TOP10, JM109，這些菌株通常經過改造，如缺失核酸內切酶（endA1突變）和重組酶（recA1突變），側重優化質粒穩定性與產量（如 endA1, recA1突變），支持藍白斑篩選。
蛋白表達用感受態有BL21(DE3) 系列，配備高效表達系統，偏向于優化蛋白產率與穩定性。比如BL21(DE3)菌株基因組中整合了T7 RNA聚合酶基因，可受IPTG誘導，強力驅動pET等載體上的目標蛋白表達。


冷知識：
DH5α, TOP10, JM109、BL21這些都是大腸桿菌，但屬于大腸桿菌的不同“家族”或“譜系”，主要分為 K-12系列和 B系列。
DH5α中的DH是兩位作者的首字母（JM109也是），5代表了代表構建過程中的特定系列或版本號；α通常表示這是一個來自DH5的衍生株或改進版。JM109和Top10都是在DH5α基礎上做了改良，進一步提高了轉化效率或特殊場景使用。Top10 是Invitrogen公司商品化菌株。


Part.03
 電轉法與化學法區別
在人工誘導時，常見有兩種方式，分為電轉和化學法。前者用高壓電脈沖使細胞膜磷脂雙分子層發生暫時性的、可逆的電穿孔，形成納米級的孔洞，DNA分子直接通過電泳作用被“驅趕”進細胞。
化學法則是用低溫（0-4°C）的氯化鈣（CaCl?）溶液反復懸浮和洗滌細胞，這也是最經典的手段。其原理是Ca2?能中和細胞膜表面和DNA磷酸骨架的負電荷，減少靜電斥力，促進DNA吸附在細胞表面。同時，Ca2?可能引起細胞膜局部結構的紊亂。
在以上兩種方式中，電轉的效率極高（可達10? – 101? CFU/μg DNA），更加適用于大質粒（如大于10Kb）、基因組DNA或酵母等難以用化學法轉化的細胞，但制備要求更嚴格。相比之下，化學法性價比更高，操作難度相對要低不少。