Jump to content

Превращение хлорида кальция

хлорида кальция ( CaCl 2 ) Трансформация — лабораторный метод в биологии прокариотических (бактериальных) клеток . [1] Добавление хлорида кальция к клеточной суспензии способствует связыванию плазмидной (ЛПС ) ДНК с липополисахаридами . Положительно заряженные кальция ионы притягивают как отрицательно заряженный остов ДНК, так и отрицательно заряженные группы во внутреннем ядре ЛПС. Затем плазмидная , где охлажденные ДНК может проникнуть в клетку при тепловом шоке клетки (+4 градуса Цельсия) на короткое время нагреваются до более высокой температуры (+42 градуса Цельсия).

История бактериальной трансформации

[ редактировать ]

Фредерик Гриффит опубликовал первый отчет о потенциале бактерий к трансформации в 1928 году. [2] Гриффит заметил, что мыши не поддаются воздействию «грубого» типа пневмококка ( Streptococcus pneumoniae ), называемого невирулентным, но поддаются «гладкому» штамму, который называется вирулентным. Вирулентность гладкого штамма можно подавить путем термического уничтожения. Однако когда невирулентный шероховатый штамм был объединен с убитым нагреванием гладким штаммом, шероховатый штамм сумел приобрести гладкий фенотип и, таким образом, стать вирулентным. Исследование Гриффита показало, что это изменение было вызвано неживым, термостабильным веществом, образовавшимся в результате гладкого напряжения. Позже Освальд Эйвери, Колин Маклауд и Маклин Маккарти идентифицировали это трансформирующее вещество как ДНК в 1944 году. [3]

Принцип превращения хлорида кальция

[ редактировать ]

Поскольку ДНК является очень гидрофильной молекулой , она часто не может проникнуть через мембрану бактериальной клетки. Следовательно, необходимо сделать бактерии компетентными для интернализации ДНК . Этого можно добиться, суспендируя бактерии в растворе с высокой концентрацией кальция , который создает крошечные отверстия в бактериальных клетках. [ нужна ссылка ] . Суспензия кальция вместе с инкубацией ДНК вместе с компетентными клетками на льду с последующим кратковременным тепловым шоком напрямую приведет к принудительному проникновению внехромосомной ДНК в клетку. [4]

Согласно предыдущим исследованиям, молекулы рецептора ЛПС на поверхности компетентной клетки связываются с голой молекулой ДНК . [1] Такое связывание происходит ввиду того, что отрицательно заряженные молекулы ДНК и ЛПС образуют координационные комплексы с двухвалентными катионами. Из-за своего размера ДНК не может самостоятельно пройти через клеточную мембрану и достичь цитоплазмы. Клеточная мембрана клеток, обработанных CaCl 2 , сильно деполяризуется на стадии теплового шока, и в результате падение мембранного потенциала уменьшает отрицательный характер внутреннего потенциала клетки, позволяя отрицательно заряженной ДНК течь внутрь клетки. . После этого мембранный потенциал можно вернуть к исходному значению с помощью последующего холодового шока. [4]

Компетентные клетки

[ редактировать ]

Компетентные клетки — это бактериальные клетки с измененной клеточной стенкой, облегчающей проникновение чужеродной ДНК. Без специальной химической или электрической обработки, делающей их способными, большинство типов клеток не могут успешно усваивать ДНК , по этой причине обработка ионами кальция является типичной процедурой модификации бактерий, чтобы сделать их проницаемыми для ДНК. [5] У бактерий компетентность тщательно регулируется, и разные виды бактерий имеют разные характеристики, связанные с компетентностью. Хотя они имеют некоторое сходство, белки компетентности, генерируемые грамположительными и грамотрицательными бактериями, различны. [6]

Естественная компетентность

[ редактировать ]

Естественная компетентность выражается в трех методах, с помощью которых бактерии могут приобретать ДНК из окружающей среды: конъюгация , трансформация и трансдукция . [7] Поскольку ДНК встраивается в клетку во время трансформации, клетки-реципиенты должны находиться в определенном физиологическом состоянии, известном как компетентное состояние, чтобы принять трансформирующую ДНК . [6] Как только ДНК попадает в цитоплазму клетки, ферменты, такие как нуклеаза, могут разрушить ее. В тех случаях, когда ДНК очень похожа на собственный генетический материал клетки, ферменты, восстанавливающие ДНК, вместо этого рекомбинируют ее с хромосомой. [8]

Искусственная компетентность

[ редактировать ]

Очевидно, что гены клетки не несут никакой информации об искусственной компетентности. Этот тип компетентности требует лабораторного процесса, который создает условия, которые не часто существуют в природе, чтобы клетки могли стать проницаемыми для ДНК . [9] Хотя эффективность трансформации часто бывает низкой, этот процесс относительно прост и быстр, чтобы его можно было применить в генной инженерии бактерий. Мандель и Хига, [10] который создал простую процедуру, основанную на вымачивании клеток в холодном CaCl 2 , заложил основу для получения синтетических компетентных клеток. Химическая трансформация, такая как трансформация хлорида кальция и электропорация, являются наиболее часто используемыми методами трансформации бактериальных клеток, таких как клетки E.coli , плазмидной ДНК . [5]

Способ превращения хлорида кальция

[ редактировать ]

Обработка хлоридом кальция обычно используется для трансформации кишечной палочки и других бактерий. [11] Он усиливает включение плазмидной ДНК в бактериальную клетку, способствуя генетической трансформации . Плазмидная ДНК может прикрепляться к ЛПС при добавлении к клеточному раствору вместе с CaCl 2 . [12] Таким образом, при применении теплового шока отрицательно заряженный остов ДНК и ЛПС объединяются, позволяя плазмидной ДНК проникнуть в бактериальную клетку. [13]

этот процесс сводится к следующим этапам В соответствии с протоколом Студенческого журнала экспериментальной микробиологии и иммунологии (UJEMI), :

  1. Приготовьте бактериальную культуру в бульоне LB.
  2. Перед началом основной процедуры используйте необходимый объем ранее приготовленной культуры для инокуляции необходимого объема свежего бульона LB.
  3. Осадите клетки центрифугированием при 4°C и 4000 об/мин в течение 10 минут.
  4. Слейте супернатант и ресуспендируйте клетки в 20 мл ледяного 0,1 М CaCl 2 , затем немедленно оставьте на льду на 20 минут.
  5. Центрифугируйте, как на этапе 3, будет получен более диффузный осадок, что указывает на наличие компетентных клеток.
  6. Ресуспендируйте в холодном CaCl 2, как описано в шаге 4.
  7. Слейте супернатант и ресуспендируйте клетки в 5 мл ледяного 0,1 М CaCl 2 вместе с 15% глицерином, чтобы объединить осадки.
  8. Перенесите суспензии в стерильные тонкие стеклянные пробирки для эффективного теплового шока.
  9. Добавьте необходимое количество мг ДНК в пробирки с суспензией и немедленно оставьте на льду.
  10. Поместите пробирки на водяную баню с температурой 42°C на 30 секунд и немедленно верните на лед на 2 минуты.
  11. Добавьте 1 мл среды LB или SOC.
  12. Перенесите каждую пробирку в необходимое количество мл LB бульона в новую колбу.
  13. Инкубируйте соответствующим образом при встряхивании при температуре 37°C и скорости 200 об/мин в течение 60 минут, однако рекомендуется оставить инкубацию на 90 минут, чтобы дать возможность бактериям восстановиться.
  14. Разведения 1:10 и 1:100 инкубированных культур на селективных/скрининговых чашках (например, с ампициллином и/или X-гал) на чашках LB, к которым были добавлены антибиотики, которые будут использоваться для селекции.
  15. Инкубируйте в течение ночи при 37°C.
  16. Наконец, наблюдайте за изолированными колониями на чашках.
  1. ^ Jump up to: а б Дагерт, М.; Эрлих, С. (1979). «Длительная инкубация в хлориде кальция улучшает компетентность клеток Escherichia coli». Джин . 6 (1): 23–28. дои : 10.1016/0378-1119(79)90082-9 . ПМИД   383576 .
  2. ^ Гриффит, Фред (январь 1928 г.). «Значение типов пневмококков» . Журнал гигиены . 27 (2): 113–159. дои : 10.1017/s0022172400031879 . ISSN   0022-1724 . ПМК   2167760 . ПМИД   20474956 . S2CID   44003929 .
  3. ^ Эйвери, Освальд Т.; Маклауд, Колин М.; Маккарти, Маклин (май 1995 г.). «Исследование химической природы вещества, вызывающего трансформацию типов пневмококков» . Молекулярная медицина . 1 (4): 344–365. дои : 10.1007/bf03401572 . ISSN   1076-1551 . ПМК   2229990 . ПМИД   8521292 .
  4. ^ Jump up to: а б « CaCl 2 Техника трансформации » . Учебный центр MyBioSource . Проверено 4 января 2023 г.
  5. ^ Jump up to: а б Фрегель, Р.; Родригес, В.; Кабрера, В.М. (апрель 2008 г.). «Микроволновая печь улучшила трансформацию Escherichia coli» . Письма по прикладной микробиологии . 46 (4): 498–499. дои : 10.1111/j.1472-765X.2008.02333.x . ISSN   0266-8254 . ПМИД   18284557 . S2CID   14569911 .
  6. ^ Jump up to: а б Зейтц, Патрик; Блокеш, Мелани (2013). «Символы и регуляторные пути, участвующие в естественной компетентности и трансформации патогенных и экологических грамотрицательных бактерий» . Обзоры микробиологии FEMS . 37 (3): 336–363. дои : 10.1111/j.1574-6976.2012.00353.x . ПМИД   22928673 . S2CID   30861416 .
  7. ^ Фишер, Вольфганг; Хофройтер, Дирк; Хаас, Райнер (09 апреля 2014 г.), «Естественная трансформация, рекомбинация и восстановление» , Helicobacter pylori , Вашингтон, округ Колумбия, США: ASM Press, стр. 249–257, doi : 10.1128/9781555818005.ch22 , ISBN  9781683672388 , получено 4 января 2023 г.
  8. ^ « Биологическая наука . Пятое издание. Том 1: Клетка, генетика и развитие. Скотт Фриман, Лизабет Эллисон, Майкл Блэк, Грег Подгорски, Ким Куиллин, Джон Монро и Эмили Тейлор. Бостон (Массачусетс): Пирсон. $ 85,20 ( бумага). xxxi + 443 с.; А:1–А:52; В:1–Г:39; 1–I: 42 (индекс ISBN 978-0-321-84180-3) . Ежеквартальный обзор биологии . 88 (4): 329. Декабрь 2013 г. doi : 10.1086/673770 . ISSN   0033-5770 .
  9. ^ Ёсида, Наото; Сато, Миса (июль 2009 г.). «Поглощение плазмид бактериями: сравнение методов и эффективности» . Прикладная микробиология и биотехнология . 83 (5): 791–798. дои : 10.1007/s00253-009-2042-4 . ISSN   0175-7598 . ПМИД   19471921 . S2CID   24211143 .
  10. ^ Мандель, М.; Хига, А. (октябрь 1970 г.). «Кальций-зависимая ДНК-инфекция бактериофага» . Журнал молекулярной биологии . 53 (1): 159–162. дои : 10.1016/0022-2836(70)90051-3 . ISSN   0022-2836 . ПМИД   4922220 .
  11. ^ Хигучи-Такеучи, Миэко; Морисаки, Кумико; Нумата, Кейджи (январь 2020 г.). «Метод легкой трансформации морских пурпурных фотосинтезирующих бактерий с использованием химически компетентных клеток» . МикробиологияОткрыть . 9 (1): e00953. дои : 10.1002/mbo3.953 . ISSN   2045-8827 . ПМЦ   6957439 . ПМИД   31638342 .
  12. ^ Ханахан, Дуглас (июнь 1983 г.). «Исследования по трансформации Escherichia coli плазмидами» . Журнал молекулярной биологии . 166 (4): 557–580. дои : 10.1016/s0022-2836(83)80284-8 . ISSN   0022-2836 . ПМИД   6345791 .
  13. ^ Наката, Ясухико; Тан, Сяорэнь; Йокояма, Казунари К. (1996), "Подготовка компетентных клеток для высокоэффективной плазмидной трансформации Escherichia coli" , Протоколы библиотеки кДНК , vol. 69, Нью-Джерси: Humana Press, стр. 129–138, doi : 10.1385/0-89603-383-x:129 , ISBN.  0-89603-383-Х , PMID   9116846 , получено 4 января 2023 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9448f32a955b28714bb14eb94c65de0b__1702036020
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/94/0b/9448f32a955b28714bb14eb94c65de0b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Calcium chloride transformation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)