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细胞系构建系列：点突变细胞系构建流程及重点难点
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对于刚踏入基因编辑领域的小白来说，“基因点突变细胞系构建” 可能听起来像天书。但其实，它就像给细胞的基因 “修 bug”，是研究基因功能、开发疾病模型的关键技术。今天，小源就化身基因编辑大师，向你传授点突变细胞系构建的独门秘籍，带你搞懂它的构建流程、常见难点和优化妙招，让你轻松入门。 一、为什么要做基因点突变细胞系？ 在开始学习技术前，我们得先明白它的价值 —— 毕竟知道 “为什么学”，才能更有动力。 基因点突变，简单说就是基因序列中某个碱基发生了改变（比如 A 变成 T）。这种微小的变化，可能导致蛋白质功能异常，进而引发疾病（比如镰刀型细胞贫血症就是单个碱基突变导致的）。而基因点突变细胞系，就是通过技术手段，在细胞中精准制造出这种特定点突变，得到的可稳定传代的细胞群体。 它的应用场景特别广：比如研究某个基因突变如何导致癌症，用突变细胞系做实验比直接用病人组织更可控；开发新药时，用突变细胞系能快速测试药物是否能修复突变带来的问题。例如可以通过构建肺癌相关基因突变细胞系，来筛选出针对该突变的靶向药物，为肺癌患者治疗带来新希望。 二、基因点突变细胞系构建流程（小白友好版） 整个构建过程就像 “盖房子”，从准备材料到最终验收，每一步都有讲究。小源把构建流程拆成 4 个关键步骤，帮你理清思路。 （一）前期准备：找对 “目标”+ 设计 “工具” 盖房子前要先确定盖在哪、用什么材料，构建细胞系也是如此。 1. 选对目标基因：首先要明确你想研究哪个基因的哪个位点。比如你想研究 “EGFR 基因 T790M 突变与肺癌耐药的关系”，那目标就是 EGFR 基因的第 790 位碱基。怎么确定目标？通常是查文献 —— 看看其他研究者关注哪些突变位点，或者根据疾病数据库（比如 OMIM 数据库）里记录的致病突变来选择。 2. 设计 gRNA：给编辑工具 “导航”：gRNA（向导 RNA）就像 GPS，能带着基因编辑工具找到目标基因位点。设计时要注意两个关键点：一是 “精准”，要让 gRNA 刚好结合在目标突变位点附近（一般距离突变位点 10-30 个碱基），避免找错地方；二是 “特异”，不能和其他基因序列相似，否则会导致 “脱靶”。 推荐使用免费在线工具设计，比如 CRISPOR、Benchling、源井红棉·基因编辑系统，输入目标基因序列，工具会自动推荐合适的 gRNA，并预测脱靶风险，非常方便。 （二）选工具：3 种主流编辑技术怎么挑？ 目前常用的基因编辑工具主要有 3 种：CRISPR-Cas9、ZFNs、TALENs。可以根据需求选择适合的基因编辑工具，以下罗列了这3种工具的优缺点可供参考： 小源对于CRISPR-Cas9编辑工具比较熟悉，就以这个编辑工具为例给大家讲解如何利用CRISPR-Cas9构建点突变细胞系。 三）细胞转染：把 “编辑工具” 送进细胞 选好工具后，要把 gRNA 和 Cas9 蛋白（或其编码基因）、供体 DNA（包含我们想要的点突变序列）一起送进细胞里 —— 这个过程叫 “转染”。 常用的转染方法有两种，可以根据细胞类型选择： 1. 脂质体转染：把编辑工具和脂质体混合，形成 “小包裹”，细胞会主动 “吞” 进去。优点是操作简单，不用特殊仪器；缺点是对有些细胞（比如悬浮细胞）效果差。 2. 电转染：用电流在细胞膜上打 “小孔”，让编辑工具进入细胞。优点是适用范围广，悬浮细胞、贴壁细胞都能用；缺点是需要电转仪，而且电流过大可能会杀死细胞，需要提前摸索条件。 【小源提示】：脂质体转染和电转都是需要提前摸索条件的，转染后别着急下一步，先养 24-48 小时，让细胞恢复活力，也让编辑工具在细胞里发挥作用。 （四）筛选与鉴定：找出 “成功突变” 的细胞 转染后，不是所有细胞都能成功发生点突变 —— 就像盖房子，不是每间都合格。我们需要多次筛选鉴定： 1. 初步筛选：用抗生素 “淘汰” 未转染细胞：在转染时，我们会一起导入 “抗生素抗性基因”（比如氨苄青霉素抗性基因）。转染成功的细胞会带有这个基因，能在含抗生素的培养基里存活；没转染成功的细胞会被杀死。这样就能初步筛选出 “可能成功” 的细胞。 2. 初步鉴定：用测序确认突变：初步筛选后的细胞，还需要进一步确认是否真的发生了目标点突变。通过稀释法将细胞池细胞稀释转移到 96 孔板中，形成单克隆细胞，对得到的单克隆细胞一分为二，并进行初检。鉴定常用的方法是 “PCR + 测序”：先通过 PCR 扩增目标基因片段，再把扩增后的片段送去测序，对比测序结果和预期的突变序列 。 3. 再次鉴定：得到纯合子细胞：扩增初检鉴定正确的单克隆细胞，再次进行大量测序，以得到预期的纯合子细胞的DNA测序。 三、构建遇到困难怎么破？ 即使按流程操作，也可能遇到一些问题。小源总结了 3 个最常见的难点，帮你提前避坑。 l 难点 1：同源重组效率低 —— 编辑工具 “找不到修复方向” 基因点突变的关键是 “同源重组”：细胞会以供体 DNA 为模板，修复 Cas9 切割后的基因缺口，从而引入点突变。但很多时候，同源重组效率特别低，导致突变成功率上不去。 原因：一是细胞周期影响，只有处于 S 期（DNA 复制期）的细胞，同源重组活性才高，其他时期的细胞很难发生同源重组；二是细胞有自己的 “修复偏好”，更倾向于用 “非同源末端连接”（NHEJ）修复缺口，而不是同源重组。 l 难点 2：脱靶效应 —— 编辑工具 “修错了地方” 脱靶效应是基因编辑初学者最担心的问题：gRNA 找错了基因位点，导致其他无关基因发生突变，后续实验结果就会受影响，甚至得出错误结论。 原因：主要是 gRNA 设计不够特异 —— 如果 gRNA 的序列和其他基因的某个片段相似，就可能结合过去，引导 Cas9 切割错误的位点。 l 难点 3：细胞系 “不配合”—— 不同细胞 “脾气” 不一样 同样的实验方案，在 A 细胞系里能成功，在 B 细胞系里可能完全不行。 原因：不同细胞系的 “特性” 差异大：比如有些细胞对转染试剂敏感，一用就死亡；有些细胞增殖速度慢，筛选鉴定要等很久；还有些细胞本身的 DNA 修复能力强，会 “修复掉” 我们引入的点突变。 四、小白也能用上的 “提效妙招” 针对上面的难点，我们整理了 3 个简单易操作的优化方法，新手也能快速上手。 （一）提高同源重组效率：给细胞 “搭梯子” 1. 让细胞同步进入 S 期：用药物（比如胸腺嘧啶核苷TdR）处理细胞，让大部分细胞停留在 S 期，此时同源重组活性最高。 【小源推荐】：源井生物点突变新技术——EZ-HRex™，能够有效调节细胞周期，促进转染后更多细胞进入S/G2期。 2. 优化供体 DNA 设计：供体 DNA 的两端要包含和目标基因同源的序列（叫 “同源臂”），同源臂越长，同源重组效率越高 —— 可以把同源臂长度设为 600-1000个碱基，比短同源臂（100-200 个碱基）效率高 2-3 倍。 3. 加 “增强剂”：在转染时加入小分子化合物（比如 RS-1），它能激活同源重组相关的蛋白，提高重组效率。加入之前要先摸索浓度，不应对细胞产生毒性。 （二）降低脱靶效应：给 gRNA “精准导航” 1. 严格筛选 gRNA：用在线工具设计 gRNA 后，一定要看 “脱靶评分”—— 比如 CRISPOR 会给每个 gRNA 打脱靶分数，分数越高，脱靶风险越低，尽量要选评分高的 gRNA。 2. 用 “高保真 Cas9”：普通 Cas9 容易脱靶，而高保真 Cas9（比如 Cas9-HF1、eSpCas9）经过改造，对错误结合的 DNA 亲和力降低，脱靶风险能降低很多。虽然成本稍高，但能避免后续实验出错，很值得。 （三）适应细胞系特性“因材施教” 定方案 1. 选对转染方法：贴壁细胞（比如 HEK293T 细胞）优先用脂质体转染，操作简单；悬浮细胞（比如 Jurkat E6.1细胞）优先用电转染，效率更高。如果不确定，可先做 “预实验”—— 用两种方法分别转染，看哪种转染效率高。 2. 调整筛选时间：增殖快的细胞（比如 HeLa 细胞），转染后 48 小时就能加抗生素筛选；增殖慢的细胞（比如原代细胞），要适当延长时间再筛选，避免细胞还没恢复就被杀死。 3. 用 “单克隆培养”：有些细胞会出现 “嵌合突变”（部分细胞发生突变，部分没发生），这时要做单克隆培养 —— 把筛选后的细胞稀释，让每个孔里只有一个细胞，培养成单克隆细胞群，再鉴定，确保每个细胞都带有目标突变。 五、成为 “基因编辑高手”的关键“两看” （一）核心要点回头看 前面提到的核心要点可不要忘了，学到东西就要及时巩固，这样知识才能真正掌握到自己手上。和小源一起回顾总结一下： 1. 流程：前期准备（选基因、设计 gRNA）→选编辑工具（例如 CRISPR-Cas9）→细胞转染（脂质体 / 电转染）→筛选（抗生素）→铺单克隆→一分为二→初检（PCR + 测序）→扩增→复检基因型鉴定； 2. 难点：同源重组效率低、脱靶效应、细胞系差异； 3. 优化：同步细胞周期、用高保真 Cas9、因材施教调方案。 （二）未来发展向前看 随着技术发展，基因点突变细胞系构建会越来越简单：比如 “碱基编辑技术”（不需要切割 DNA，直接修改碱基）包括单碱基编辑器、先导编辑，能进一步降低脱靶风险；“自动化细胞筛选系统” 能替代人工挑单克隆，提高效率。对于初学者来说，未来入门会更轻松，只要掌握基础原理，就能借助更先进的工具完成实验。 基因编辑虽然看起来复杂，但只要一步步拆解，从简单实验开始，多总结经验，很快就能上手。如果你在构建点突变细胞系的过程中遇到困难，除了向有经验的科研前辈请教，还可以选择深耕于基因编辑领域的源井生物作为您科研路上的好帮手。 源井生物可以提供的帮助 源井生物凭借丰富的基因编辑经验，在现有成熟技术体系的基础上，通过创新性引入 U + 分子完成技术迭代，成功研发出 EZ-HRex™技术。在该技术的支持下，细胞基因突变和片段敲入的HDR效率得到全面提升，促进转染后更多细胞进入S/G2期，转染后Cell Pool水平的HDR基因型高达84%。针对点突变细胞系构建需求，我们进一步提供多元化解决方案，涵盖 RNP 法、先导编辑器、单碱基编辑器及质粒抗性法等不同技术路径，可根据您的实验场景、效率要求及成本预算，精准匹配个性化需求。 |
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