感染懸浮細胞是使桿病毒系統生產蛋白的普遍方法。懸浮培養的細胞很容易從10ml擴大到100L。一般來說,懸浮的細胞在無血清的培養液中培養。這種培養液許多公司有售,比如Life Technologies、Hyclone、Biowhitaker、JRH Biosciences、Expression Systems等,用起來都不錯,盡管由于細胞株和目的蛋白的不同,效果有所差異。
最好是將目的蛋白和細胞株用不同的培養液做一個表達試驗,選出表達效果最好的一種培養液。在進行這個表達試驗之前要先使你的細胞株分別適應不同的培養液,否則試驗結果不具有代表性。
注意:為了優化表達,你必須了解你的細胞的生長參數;為了方便新手,我將列出一些生長參數通常的值。我最喜歡的Sf9細胞株可以最低以2×105細胞/ml的濃度分裝,并且恢復幾乎沒有滯后期。在對數期,20個小時細胞數目就可以翻倍,濃度最高可以達到5×106細胞/ml。下面的實驗步驟將以上面列出的生長參數為前提。如果你的細胞株生長參數有所不同,你需要對實驗步驟做出合適的調整。
低MOI感染簡介
低MOI(Multiplicity Of Infection,等于用于感染的病毒數目與細胞數目的比值)感染是擴增病毒的最好方法。這有兩個原因。一方面,低MOI感染是最快也是最簡單的擴增病毒數量的方法;另外,低MOI感染是保存病毒基因的完整性、防止DIP(Defective Interfering Particles,即只包裝入部分基因組的病毒顆粒)生成的最好方法。
還可以用低MOI感染的方法生產蛋白,但是難以控制,并且不適于提高蛋白產量。然而病毒需要量少的確是該法的一個優點,對于大規模的生產這個優點極為有利,只要它們可以可靠的復制,這因不同的重組病毒而異。對于小規模的蛋白生產,我更喜歡用高MOI感染。
一般而言,低MOI感染的方法就是先用病毒感染少量細胞,這些被感染的細胞復制出足夠的病毒,去感染培養物中剩余的尚未被感染的細胞,而這第二批被感染的細胞就是病毒或者蛋白的主要生產者。
重要的是培養液的量要滿足細胞生長的需要,否則將沒有足夠的營養使細胞生產病毒或者蛋白。另一方面,病毒也不可以太多,以免在細胞增殖到合適密度并用掉所有營養資源之前就被殺死。最理想的是,先確定在沒有病毒感染時,細胞保持正常狀態所能達到的最大密度,那么如果病毒的量能夠使細胞在達到該密度的1/3~2/3時停止擴增是最理想的。我通常是使用該密度的1/2。
采用這個方法需要使用足夠的病毒感染細胞,在24~48小時內使細胞停止增長、所有的細胞都被感染。因此,以生長停止作為完全感染的標志,培養物在達到完全感染后可以繼續生長大約48小時。如果以生產蛋白為目的,這個過程可能需要更長。
步驟:
將細胞以2~4×105細胞/ml的密度分裝到搖瓶中,達到搖瓶體積的20~40%。在27±2℃培養,轉速為100~130rpm。
第0天
培養細胞至密度達到4~8×105細胞/ml,即已經進入對數期生長,但是仍處于低濃度。
然后加入少量病毒,病毒量依賴于滴度,但是最好使MOI值介于0.1~0.5。比如,如果你的細胞濃度為6×105細胞/ml,而病毒滴度為3×107pfu/ml,那么要使MOI介于0.1~0.5,所加的病毒的體積應該是細胞體積的0.2~1%。
將搖瓶放回27℃搖床,培養24小時。
感染后第1天
計數細胞,估計細胞大小。如果病毒的實際滴度比估計的高,即MOI值高于0.5,你將看到明顯的細胞停止生長和腫脹的跡象;反之,如果MOI值接近0.3或者更低,你將看到細胞幾乎沒有受到病毒影響,它們的數目擴增到接近1.2×106細胞/ml,并且看起來健康。這個時候,被感染的細胞應該正在釋放病毒至培養液中,去感染其它細胞。
感染后第2天
再次計數細胞并且估計細胞的大小。此時大多數細胞應該已經被感染。細胞的數目應該遠遠低于2.4×106細胞/ml(這是在沒有病毒感染的情況下細胞正常生長應該達到的密度),并且明顯膨脹。
如果細胞的數目在感染后第0天和第1天之間沒有增長,可能是所有的細胞都被同時感染所致,在感染后第二天就可以收獲了。如果不是這種情況,將搖瓶放回27℃搖床,培養24小時。
感染后第3天
再次計數細胞,估計細胞大小。如果實驗進展與預料一致,此時的細胞數目與第2天比應該沒有增長。
如果細胞數目在感染后第1天和第2天之間就已經停止增長,這說明所有的細胞在感染后第1天就已經被全部感染,此時可以收獲細胞,因為感染時間已經達到48小時,這是一般的情況。
如果細胞數目在感染后第1天和第2天之間仍然有一定增長,并且此時尚未達到平臺期,將搖瓶放回27℃搖床,培養24小時。
感染后第4天
再次計數細胞,估計細胞大小。此時最好所有的細胞都被徹底感染、膨脹、生長停止,否則說明用于感染的病毒的量不夠,不能在細胞生長達到平臺期前使其停止。此時應該收獲培養物,離心分離細胞,將培養液避光保存于4℃,或者凍存于-70℃。
通常最好將細胞沉淀凍存。我喜歡的方法是將細胞重懸于小量(比如1/4體積)的PBS或者TBS(含有濃度為通常5倍的蛋白酶抑制劑)中,充分重懸后直接用微量移液器加入充滿液氮的干凈Dewar瓶中。滴下的重懸物遇到液氮迅速凍結形成小球,這些小球可以被分裝到50ml圓錐管中,凍存于Revco冰箱中。當需要從細胞中純化蛋白時,只需將這些小球逐個加入到3~5倍體積室溫下不斷攪拌的裂解緩沖液中,它們將很快融化,使緩沖液降至接近0℃。這些小球還可以用鑷子方便的轉移到eppendorf管中作小量實驗。