真核表达系统 酵母 丝状真菌 昆虫 哺乳动物细胞 转基因动物 植物反应器

酵母表达系统的优缺点 遗传背景清楚（基因组是大肠杆菌的3.5倍） 增殖快（90min/代），培养容易，产量较高 易于研究突变与基因功能，如构建酵母人工染色体等 可以进行转录和翻译后修饰加工 提纯工艺复杂，成本高，制品纯度达不到要求，制品免疫原性差，接种剂量大

酵母载体的基本结构 DNA复制起始区：2μ质粒和自主复制序列 选择标记：营养缺陷型和显性选择（抗药） 整合介导区：同源重组，决定整合位置和拷贝数 有丝分裂稳定区：帮助载体平均分配 表达盒 转录启动子 终止子 分泌信号序列

酵母表达系统中载体的种类 按载体在酵母中的复制形式分为： YIp：酵母整合型载体 YRp：酵母自主复制型载体 YCp：酵母含着丝粒片段载体 YEp：酵母附加体型载体 YAC：酵母人工染色体

昆虫表达系统 杆状病毒基因组：闭环双链DNA，88-166kb 启动子：杆状病毒科核多角体病毒的多角蛋白强启动子 表达系统 杆状病毒表达系统（BEVS） 家蚕核型多角体病毒-家蚕表达系统 宿主：鳞翅目、膜翅目、双翅目、鞘翅目、直翅目、脉翅目、毛翅目的600多种昆虫 克隆基因方法：转移载体→共转染→同源重组→空斑筛选→纯化→重组病毒

杆状病毒表达系统优点 容量大：能插入12kb的外源基因 高表达：polh基因启动子是目前所知的最强的真核启动子；产物对宿主影响小；产物可结晶 高效：可同时表达多个基因 安全：杆状病毒对脊椎动物无病原性 具加工修饰功能：昆虫细胞较高等 家蚕易饲养

常用宿主细胞 哺乳动物细胞常用载体 真核细胞表达元件 哺乳动物基因转移的遗传标记 基因表达的检测方法 哺乳动物细胞表达表达系统 常用宿主细胞 哺乳动物细胞常用载体 真核细胞表达元件 哺乳动物基因转移的遗传标记 基因表达的检测方法

哺乳动物细胞表达的优点 重组DNA易转染，遗传稳定，可重复 识别和去除内含子 进行翻译后修饰 磷酸化、糖基化、二硫键、寡聚体等的形成、高级结构的正确折叠 产品的构型正确率高，可被改造成类人体源性，免疫源性好 可分泌至培养基，提纯工艺简单，成本低 可用于基因治疗

常用宿主细胞 细胞名称 来源 已投放产品 BHK-21 地鼠幼鼠肾 凝血Ⅷ因子 CHO-K1 中国仓鼠卵巢 tPA，Ⅷ因子，EPO，G-CSF等 C127 小鼠乳腺肿瘤 GH MDCK 长耳狗肾脏 兽用疫苗 Namalwa Burkitt淋巴瘤病人的类淋巴母细胞 EPO，LT，tPA，IFN Vero 成年非洲绿猴肾 HBsAg，GH 鼠骨髓瘤细胞 骨髓瘤 tPA，抗体 COS SV40转化的绿猴肾细胞 CD34，CD69，TGF

真核细胞表达元件 原核DNA序列 启动子 增强子 拼接信号 终止子和多聚腺苷化信号 筛选标记 动物病毒基因序列

原核DNA序列 原核复制子 抗生素抗性基因 多克隆位点

启动子 真核启动子：RNA聚合酶（Ⅱ）结合并起动转录的DNA序列 一般包括转录起始点及其上游约100-200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长7-30bp 核心启动子元件：RNA聚合酶起始转录所必需的最小DNA序列，包括转录起始点及其上游-25/-30bp处的TATA盒。单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录 上游启动子元件包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。与相应的蛋白因子结合改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件组成，其位置也不相同，即不同的基因表达分别有不同的调控

哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子 中常见的元件 元件名称 共同序列 结合的蛋白因子 名称 分子量 结合DNA长度 TATA box TATAAAA TBP 30,000 ~ 10bp GC box GGGCGG SP-1 105,000 ~ 20bp CAAT box GGCCAATCT CTF/NF1 60,000 ~ 22bp Octamer ATTTGCAT Oct-1 76,000 ~ 20bp Oct-2 53,000 ~ 23bp k B GGGACTTTCC NFk B 44,000 ~ 10bp ATF GTGACGT AFT ? 20bp

常用启动子 Rous肉瘤启动子（RSV） 巨细胞病毒启动子（CMV） SV40启动子

增强子 增强子：是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，最早是在SV40病毒中发现长约200bp的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍，其后在多种真核生物、甚至在原核生物中都发现了增强子 增强子通常占100-200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，其基本核心组件常为8-12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在

增强子的作用特点 提高同一链上基因转录效率，可远距离起作用，通常距离1-4kb、但远至30kb仍能发挥作用，在基因的上游或下游都能起作用 与其序列的正反方向无关 要有启动子才能发挥作用。但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录 增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺式调控元件一样，必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中具有特异性蛋白质因子所决定的

常用增强子 LTR：Rous肉瘤病毒基因长末端重复序列 人类巨细胞病毒增强子 SV40病毒增强子

终止信号和poly A信号 真核基因转录的终止信号与机制还不明确 poly A增加mRNA的的稳定性 多聚腺苷化所需的两种序列 位于poly A下游GU丰富区或U丰富区 位于poly A上游11-30bp处的5`-AAUAAA SV40 poly A信号

遗传性标记 胸苷激酶基因（tk）选择系统 二氢叶酸还原酶基因（dhfr）选择系统 新霉素抗性基因（neo）选择系统 氯霉素乙酰转移酶基因（cat）选择系统

胸苷激酶（TK）基因选择系统 TK是核苷酸补救合成途径的一个关键酶 内源性缺陷tk的宿主细胞——小鼠LMTK—细胞 HAT选择法 T：胸苷；补救合成dTTP的原料 tk—细胞的鉴别与获得：5`-溴脱氧核糖尿苷（BUdR）筛选

二氢叶酸还原酶（DHFR）基因选择系统 DHFR：真核细胞生物合成核苷酸的关键酶，功能是催化二氢叶酸还原成四氢叶酸 筛选剂：叶酸类似物——氨基喋呤或氨甲喋呤 dhfr—缺陷型细胞——CHO细胞 正常细胞可通过提高氨甲喋呤浓度筛选 突变型dhfr基因的导入扩大筛选宿主细胞的范围

新霉素抗性基因选择系统 新霉素（neo）：即G418，一种氨基糖苷类抗生素，影响80S核糖体功能核蛋白质的合成 适用于所有的真核细胞

氯霉素乙酰转移酶（CAT）基因选择系统 CAT：大肠杆菌Tn9转座子编码的催化氯霉素乙酰化反应的蛋白质 真核细胞缺乏CAT 常用于瞬时表达研究

表位标记 表位：抗原决定簇即抗原分子于一特定抗体结合的化学基团，一般由少至几个氨基酸的多肽组成 用于重组DNA技术的示踪、分析、纯化（亲和） 优点 用一种抗体可鉴别不同重组蛋白 不影响蛋白功能 有利于研究蛋白功能 常用表位：6His；FLAG；LZ等

构建含表位的重组体 使用常用密码子 注意克隆位点（限制性酶切位点）相符 5`端加上起始密码子ATG 3`端加上终止密码子 可插入蛋白酶切位点基因，以利于产生天然蛋白 其他常规构建载体的注意点

真核表达载体 质粒：真核表达元件、真核抗性 病毒载体：改建后 SV40病毒 腺病毒 反转录病毒 痘苗病毒

病毒基因组的结构特点 病毒基因组大小相差较大,与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组很小 病毒基因组可以由DNA组成，也可以由RNA组成 病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的 病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因或rRNA的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位,形成一个功能单位或转录单元 除了反转录病毒以外，一切病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次 噬菌体（细胞病毒）的基因是连续的；而真核细胞病毒的基因是不连续的

病毒载体优点 真核细胞可识别的启动子 报告基因 可持续复制（感染周期） 部分载体可整合入基因组 部分载体本身带有完整的复制及表达元件 部分载体具有宿主细胞特异性 识别受体 假病毒颗粒

猿猴空泡病毒（SV40） 种属分类：乳多空病毒科多瘤病毒属 双链共价闭合环状DNA（cccDNA），5243bp 20面体立体对称结构，直径45nm 以EcoRl内切酶切点作为0点分成100等分，Ori点是DNA双向复制的起绐点 早期编码进程是逆时钟方向，在病毒DNA自制前，编码的蛋白质(大T、小T抗原)与诱发宿主细胞的转化有关 晚期编码区进程为顺时钟方向，是在病毒DNA复制开始以后，编码的蛋白质为三种病毒壳体蛋白VP1、VP2和VP3，这些蛋白是病毒的结构蛋白，不参与细胞的转化过程

SV40感染细胞模式 感染形式：随宿主的不同产生的效应不同 许可性细胞——裂解性感染（猿猴细胞） 非许可性细胞——整合入染色体（啮齿动物细胞） 半许可性细胞——既不整合也不裂解（人细胞）

SV40载体类型 取代型重组病毒 重组病毒-质粒载体 去掉晚期区一段DNA，外源基因可插入 需辅助病毒感染 可形成病毒颗粒 保留病毒复制相关序列 插入细菌质粒序列，可在大肠杆菌种复制增殖 不形成病毒颗粒

SV40及衍生载体的优点 可在多种细胞中表达 基因组DNA、cDNA均可表达 SV40的复制起始点 广泛宿主范围的启动子 多聚A信号 部分载体含有报告基因

SV40及衍生载体的缺点 感染宿主范围有限 复制只能在猿猴细胞中 载体DNA分子量小，容量小 在用辅助病毒混合感染时，有野生化危险

痘苗病毒 双链DNA病毒 180kb，编码200种左右的蛋白 可独立的在细胞质中复制转录

痘苗病毒载体优越性 宿主范围广泛 容量大——插入的外源基因可达25kb 瞬时表达 无致癌性——本身即需接种 可作为重组活疫苗的载体

痘苗病毒载体的缺点 分子量大，操作较困难 无剪接功能——不能插入含内含子的基因 外源基因必须插入非必需区

构建重组痘苗病毒流程 tk基因插入质粒 tk基因内插入痘病毒早期启动子 接上多克隆位点 接上外源基因 野毒株感染细胞 导入重组载体 筛选含外源基因的重组病毒 感染敏感宿主细胞表达外源基因

腺病毒 Ad病毒颗粒的直径为70-90nm，呈20面体立体对称型，核心外层的壳体由252个壳粒亚单位组成 双股线型DNA，DNA约占病毒重量的11-14% 不同亚型Ad病毒的DNA的G+C%含量不同，与其致瘤性能强弱有关 Ad2基因组的早期转录区有6个独立的区域: IA(EIA)、EIB、E2(E2A和E2B)、E3、E4 Ad2基因组约长36kb，EIA和EIB与Ad2的启动和转化细胞密切有关 腺病毒虽然分布广泛，其中某些亚型对动物具强致瘤性，但是从A组到E组，迄今尚未证明与人类肿瘤有病因学上的联系

腺病毒载体 容量较大：可插入7kb 易培养、纯化 复制与转录依赖与宿主聚合酶 不整合 释放壳体蛋白，引起免疫反应

基因的导入方法 光穿孔法：激光；悬浮细胞 冲击波：活体局部的基因转移 基因枪法：即微粒轰击；动物细胞，更适用于植物细胞 穿孔法：脉冲电场；Cytomix缓冲液；70%细胞死亡时效率最高 磷酸钙共沉淀法 脂质体法：Lipofectin；阳离子 抗体转染法：抗CD3，CD34或表面免疫求蛋白 其他：超声波法；微注射法原生质体融合法；反转录病毒感染法

表达产物的检测技术 Western印迹法——免疫学方法——抗原-抗体反应 荧光显微镜法——表位标记的抗体与直接抗体进行荧光标记——免疫学方法

Western印迹法 蛋白样品制备→ SDS-PAGE（按分子量大小）→电转移→一抗（特异性）→二抗→显色 敏感度：1-5ng

样品的制备 裂解细胞 电泳加样缓冲液裂解细胞（煮沸5-10min） 抽提细胞蛋白（超声）

SDS-PAGE 丙烯酰胺和N，N`-亚甲双丙烯酰胺交联，形成一定孔径的分离介质，孔径大小由浓度决定，具有分子筛效应 在不连续的缓冲系统，具有浓缩效应 蛋白质本身的电荷效应 SDS：阴离子去污剂，与蛋白质结合 SDS浓度大于0.05%时，使样品中的蛋白质带同样密度的电荷 电泳时使蛋白迁移只与分子量有关，且呈线性（对数分子量与迁移率），可测定分子量

电转移 支持介质：重氮苄氧甲基纸（DBP纸）、阴离子化尼龙膜、硝酸纤维素膜（NC） 蛋白质带负电，向正极迁移 凝胶考马斯亮兰染色，检查转移是否完全 膜丽春红染色 标记分子量位置

靶蛋白的免疫学检测 封闭非特异性结合位点，脱脂奶粉或血清白蛋白 第一抗体：具有特异性，最好氏多抗或抗血清 标记的第二抗体：同位素标记；碱性磷酸酶（AKP）标记；辣根过氧化物酶（HRP）标记 注意封闭非特异性位点 注意抗体浓度：尤其是一抗浓度

显色反应 AKP催化5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸与氮蓝四唑发生反应，产生深蓝色 HRP催化3,3`-二氨基联苯胺与H2O2反应产生棕色条带，易褪色，注意保存结果

转基因动物 概念：以动物个体为基因受体的基因表达技术，并由于这种外源基因的导入而产生可以遗传的变异 这些遗传改变包括： 外源DNA至少整合到一条染色体上 由于外源DNA的插入使任一基因发生改变 由于外源DNA的插入使染色体发生重排 有意识的导入可以持久存在的遗传实体

植物生物反应器 生物反应器：一种定向的生产系统，是为获取某种产品而定向构建和改造的装置，这种装置是最复杂最高等的生命系统 特点：自组织，自复制，自调节，自适应 优点 无污染，可持续发展 操作简单灵活 成本低廉 可直接食用 稳定，便于储藏和运输