荧光激活细胞分选技术加速酶定向进化

目前,定向进化技术是改造工业酶的主要方法,而高通量筛选技术是酶定向进化的瓶颈技术之一。其中,荧光激活细胞分选技术(FACS)因其具有极高的筛选效率和广阔的通用性逐渐成为酶定向进化中首选的高通量筛选技术。依据不同的区室化策略,将荧光激活细胞分选技术分成细胞、液滴和微室高通量筛选技术。本文综述这3种新兴的筛选方法在技术方面的优劣势,并展望荧光激活细胞分选技术在未来的应用前景。

利用流式细胞仪分选拟南芥根尖发育早期非根毛细胞

建立了应用流式细胞仪分选植物特定类型细胞的方法。以拟南芥(Arabidopsis thaliana)Wer::GFP转基因株系为材料,用激光共聚焦显微镜鉴定GFP的表达位置,采用酶解法制备拟南芥根尖原生质体,应用流式细胞仪荧光激活细胞分选技术(FACS)分选收集GFP阳性细胞,并提取细胞的RNA。结果表明,Wer::GFP转基因株系仅在根表皮发育早期的非根毛细胞中表达GFP;利用酶解法制备的根尖原生质体数目较多;从FACS分选收集的细胞中提取的RNA质量较好,可用于研究特定类型细胞的基因表达谱。应用流式细胞仪分选拟南芥非根毛细胞的方法为研究植物特定类型细胞的基因表达谱及基因功能奠定了技术基础。

流式细胞术的最新进展

流式细胞术是一项集多种技术于一体的新型高科技细胞分析技术 ,是一种自动而迅速地进行细胞及免疫分析的标准方法。近年来在其基础上建立起来很多新型的流式细胞仪系统 ,具有体积小、功能全、价格低、使用方便、应用广泛等特点。

基于荧光检测的高通量筛选技术和装备助力细胞工厂构建

微生物工业制造是以微生物细胞工厂为核心,利用低成本、可再生资源为原料,实现高附加值化合物的绿色生产。依赖于“设计-构建-测试-学习”(DBTL)循环的微生物细胞工厂开发过程中“测试”阶段已成为制约合成生物学和代谢工程发展的瓶颈之一。基于微量滴定板(MTP)高通量自动化筛选平台极大降低了高通量筛选过程的劳动强度,流式细胞术和液滴微流控技术的发展大幅度提高了筛选通量。尤其是荧光激活液滴分选(FADS)高通量筛选技术的开发为自动化、高通量和低消耗筛选工作提供了新的解决方案。本文综述了不同高通量筛选技术在合成生物学和代谢工程领域应用的主要进展,重点介绍了近几年荧光激活细胞分选技术(FACS)和FADS在微生物细胞工厂和酶定向进化方面的应用实例,关注了待测分子与荧光信号偶联的常用策略,并简单介绍目前国内外基于液滴微流控技术高通量筛选装备的研发情况。

人肺腺癌细胞系(LAC)中SP细胞亚群的分选及其干细胞特性分析

目的:分选人肺腺癌细胞系(LAC)中SP细胞(side population cells)亚群并分析其具有的干细胞特性。方法:运用流式细胞荧光激活分选技术(FACS)分选LAC中SP细胞亚群和非SP细胞亚群,利用MTT、体外克隆形成和皮下移植瘤试验分析其体内、外增殖能力,流式细胞仪分析细胞周期及细胞分化,RT-PCR方法检测其ATP结合盒转运蛋白(ABCG2)基因的表达情况。结果:流式细胞荧光激活分选结果显示:LAC中含有约1.88%的SP细胞亚群。MTT和体外克隆形成试验表明:SP细胞亚群的体外增殖能力显著强于非SP细胞亚群。同时,裸鼠皮下接种SP细胞亚群,其体内成瘤能力也要显著强于非SP细胞亚群。流式细胞仪分析结果表明:SP细胞亚群的G0/G1期比例显著高于非SP细胞(P<0.05)。细胞分化实验结果表明:两个亚群中SP细胞比率分别为(1.46±0.08)%和(0.12±0.04)%。RT-PCR结果显示:ABCG2基因mRNA在SP细胞亚群中的表达水平是其在非SP细胞亚群中的3.3倍(P<0.05)。结论:利用LAC中SP细胞亚群具有肺癌干细胞的特性,流式细胞荧光激活分选肺腺癌SP细胞亚群可能是分离肺腺癌干细胞的有效方法。

携EGFP基因的逆转录病毒包装细胞的分选和滴度测定

目的探讨利用荧光激活细胞分选技术获得有效重组逆转录病毒包装细胞系的方法。方法用脂质体介导pLEGFP转染PA317细胞,用荧光显微镜观察转染结果;依据EGFP荧光利用流式细胞仪的分选技术获得多克隆和单克隆源性的包装细胞,并利用PCR、RT-PCR对其鉴定;以NIH3T3为靶细胞,对其滴度进行测定。结果荧光显微镜显示用脂质体介导的方法成功的转染PA317细胞,在4次连续流式细胞仪分选后得到了稳定表达的多克隆和单克隆源性的包装细胞。PCR和RT-PCR分别从多克隆和单克隆源性的包装细胞细胞基因组DNA以及多克隆和部分(6/8)单克隆源性的包装细胞培养上清中的重组逆转录病毒RNA中扩增出了插入的EGFP片段。滴度测定显示得到的包装细胞能够产生有效的病毒滴度。结论荧光激活细胞分选技术是获得有效病毒滴度的包装细胞的有效方法。

利用慢病毒载体快速建立表达外源基因的哺乳动物细胞系

建立稳定表达外源基因的哺乳动物细胞系是一项重要的生物技术,介绍了联合使用慢病毒载体和流式细胞仪分选技术来建立稳定表达绿色荧光蛋白的293T细胞系。结果表明,在1个月左右的时间里即可获得表达绿色荧光蛋白的293T细胞系,阳性细胞率高达96.5%,而且建立的细胞系能够稳定传代。因此,联合慢病毒载体和流式细胞仪分选技术的策略对于建立稳定表达外源基因的哺乳动物细胞系快捷和可靠。

单细胞分离方法及仪器研究进展

如何从复杂异质且数量众多的细胞背景中分离出具有某种特征的纯净细胞实验样本,是长期困扰生命科学和临床病理学研究者的难题。纯净无损高特异性的细胞分离方法对解析生命过程、研究病理机制、确定治疗方案、分析药物疗效具有重要的作用。综述了单细胞分离方法及分离仪器的研究进展,重点梳理荧光激活细胞分选、微流体、激光显微切割、显微操作4种方法。首先,阐述方法的工作原理和部分理论模型。其次,分析几种典型仪器的结构、研究进展及主要性能参数。最后,讨论各种单细胞分离方法的优点和局限性,并展望单细胞分离仪器的发展趋势。

FACS技术在酶定向进化中的应用

流式细胞术(flow cytometry,FCM)是一种在单细胞水平上对大量细胞进行快速、相对定量的多参数分析技术。基于FCM建立的荧光激活细胞分选术(fluorescence-activated cell sorting,FACS)可物理分离荧光标记的单细胞,目前已被广泛应用于酶定向进化领域。定向进化已被证明是获得高酶活、强热稳定性、耐溶剂性等优良性质工业酶的有效方法,其首先需通过随机突变和DNA重组等方法构建酶突变文库,随后需在人工选择压力下对突变文库进行筛选。传统筛选方法如平板法、微孔板法等,存在通量低、成本高、误差大、准确性差等局限,无法实现对大型文库的高通量筛选。相较于传统筛选方法,FACS具有高通量、耗费低、误差小、精度高等优势。本文首先总结了FCM及FACS的发展进程,以及由此衍生的相关仪器的组成和分类,随后讨论了FACS在酶定向进化中的应用现状及现阶段的应用局限性,最后总结并展望了FACS发展方向及其在酶定向进化领域的应用前景。

人鼻咽癌细胞株中肿瘤干细胞分离鉴定方法及肿瘤多药耐药机制

目的:研究人鼻咽癌细胞株中肿瘤干细胞分离鉴定方法及对肿瘤多药耐药机制。方法:取鼻咽癌细胞株(SUNE),进行细胞的培养、传代及鉴定,采用免疫荧光细胞化学技术联合流式细胞仪检测SUNE中CD133^-及CD133^+细胞体外分化能力。利用免疫磁珠分选技术完成CD133^+肿瘤细胞纯化,测定CD133^+细胞体外增殖能力,将其与未分选及CD133^-细胞进行比较。取顺铂、紫杉醇化疗药物,采用CCK^-8法测定CD133^+细胞耐药性。取10只4周龄ICR小鼠,皮下注射人鼻咽癌细胞株和普通细胞株,分析耐药性。结果:分离培养的SUNE在含有血清的培养基中呈贴壁生长,并且生长活跃,培养2~3 d后倒置显微镜下显示细胞呈梭形、扁平状,光泽度良好,培养2周左右细胞融合瓶底80.00%;流式细胞仪检测结果显示:约0.35%细胞表面膜存在抗原CD133。免疫细胞化学显示:SUNE细胞贴壁爬行,部分细胞能与SUNE中的CD133^-相互结合,荧光显微镜下显示呈现橙红色,球状;向经免疫磁珠分选后的细胞中加入培养基,细胞呈单细胞,球形,悬浮生长。随着培养时间的不断延长,细胞开始出现团状生长,体积增加,细胞数量增多,培养24 h后细胞开始贴壁生长,培养7 d后呈串状生长;CD133^+肿瘤细胞、CD133^-肿瘤细胞及未分选细胞随着时间的延长细胞均出现增长,且CD133^+肿瘤细胞增殖能力显著高于CD133^-肿瘤细胞及未分选细胞(P<0.05)。10只小鼠均可见瘤体形成,种植人鼻咽癌细胞株组的瘤体体积显著大于普通细胞株组(P<0.05)。结论:鼻咽癌干细胞中CD133^+对化疗药物的耐药性强。

肿瘤坏死因子调节的肥大细胞蛋白酶激活受体表达分析

目的检测肿瘤坏死因子（TNF）引起的肥大细胞蛋白酶激活受体（PAR）．1，2，3，4表达。方法肥大细胞P815培养后以不同浓度的TNF激发肥大细胞，在不同时间点收集细胞，给予聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX一100）非TritonX-100处理后用流式细胞术和激光共聚焦方法检测肥大细胞蛋白酶激活受体的表达。结果TNF激发肥大细胞2h、6h和16h后，TritonX．100与非TritonX．100处理后，肥大细胞PAR-1，3表达均无明显变化；但TNF以浓度依赖方式上调P515肥大细胞PAR．2，4表达（P〈0．05）；上述各时间点检测PAR-1，2，3表达情况，TritonX．100处理组与非TritonX．100处理组检测结果无明显差异，但PAR-4表达结果显示TritonX-100处理组表达强于非TritonX．100处理组。结论TNF可以上调P815肥大细胞PAR-2，4表达，但对PAR-1，3表达的调节作用不明显，TritonX-100处理和非TritonX-100处理不影响TNF调节的肥大细胞PARs表达的检测结果。

两种生物除磷系统活性污泥中除磷菌的甄别——淀粉-缺氧/好氧交替与乙酸盐-厌氧/好氧交替系统

为了直接识别出污泥中的聚磷细菌和其种属,本研究采用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色和流式细胞荧光分选技术(FACS)对以淀粉为唯一碳源的缺氧/好氧序批式活性污泥(SBR)系统(R1)的缺氧末期和好氧末期以及以乙酸盐为唯一碳源的厌氧/好氧SBR系统(R2)的好氧末期污泥的聚磷细菌进行了原位分选,并通过16S rRNA高通量测序技术鉴定了分选后细菌的种属.结果表明,在R1中,缺氧期和好氧期均进行生物除磷,且缺氧期吸磷量大于好氧期.R2中发生着厌氧期释磷、好氧期大量吸磷的传统生物除磷.利用FACS在R1和R2污泥中均分选得到106个相对纯度为85%的具有聚磷颗粒的细菌.测序结果表明,在R1系统中,缺氧段优势的聚磷菌属为Halomonas(37.75%)、unclassified Brucellaceae(14.15%)、Pseudomonas(6.49%)、unclassified Chlamydiales(0.027%)和Sphingopyxis(0.007%);好氧段优势聚磷菌属为Halomonas(19.72%)、unclassified Brucellaceae(14.62%)、Pseudomonas(14.28%)、unclassified Comamonadaceae(0.046%)、unclassified Acidobacteria Gp3(0.036%)和Ferruginibacter(0.026%).R1系统中unclassified Chlamydiales和Sphingopyxis仅仅在缺氧条件下具有聚磷功能,而unclassified Comamonadaceae、unclassified Acidobacteria Gp3和Ferruginibacter仅在好氧条件下才具有聚磷功能.在R2系统中,优势聚磷菌群为Dechloromonas(11.06%)、unclassified Anaerolineaceae(9.29%)、unclassified Bacteroidetes(7.44%)、unclassified Gammaproteobacteria(7.34%)以及Acinetobacter(0.31%).这意味着在新型的除磷系统(R1)中,参与除磷过程的细菌包括好氧,缺氧和兼性缺氧聚磷细菌,而在传统的除磷系统(R2)中,参与除磷过程的细菌仅为好氧聚磷细菌.

猪性控精子的筛选方法介绍

细胞染色技术的改进以及采用荧光染料标记活精子的DNA为筛选X或Y精子,进而生产性控后代提供了重要的技术保障.采用流式细胞仪/细胞分选系统筛选精子,虽然其原理依然是X和Y精子DNA含量不同,但对细胞分选系统进行一定程度的改进,以便能够更准确地测定X和Y精子DNA含量的差别.

西黄丸经Wnt信号转导通路关键蛋白β-catenin调控人肺癌干细胞增殖

目的:研究西黄丸经Wnt信号转导通路关键蛋白β-catenin调控人肺癌干细胞增殖的机制。方法:培养人肺腺癌细胞系LAC,应用流式细胞荧光激活(FACS)技术,筛选鉴定具干细胞特性的SP细胞;50只C57BL/6小鼠分为西黄丸高剂量组、中剂量组、低剂量组,环磷酰胺组、模型组5组,SP细胞调整细胞密度1×107/ml,每只小鼠右腋皮下接种0.2ml瘤细胞悬液,成瘤后,分组按32g/kg、16g/kg、8g/kg给以西黄丸药液灌胃,CTX组7.5mg/kg,模型组予等量生理盐水,连续给药14d,处死小鼠,剥取瘤块称瘤重,并计算抑瘤率。日本大耳白兔随机分为5组,按上述剂量和方法给药,各组连续给药3 d后腹主动脉采血,离心,获得含药血清。SP细胞密度调至2×107/ml,种入培养瓶,分为西黄丸高、中、低剂量组,CTX组、空白组5组,分别加入如前所述制备的各组含药血清(血清、培养液体积比30%),培养24h后用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)法和蛋白印迹(Western Blot)法分别检测β-catenin mRNA及蛋白表达。结果:西黄丸32g/kg、16g/kg可明显抑制C57BL/6小鼠体内肺癌移植瘤,同时可明显降低β-catenin mRNA及蛋白表达。结论:西黄丸可经由抑制β-catenin的表达,阻止肺癌干细胞Wnt信号转导通路激活,从而抑制肺癌干细胞增殖为肺癌细胞。