細(xì)胞培養(yǎng)中的支原體污染常為人所忽視,原因在于它不易被發(fā)現(xiàn)。支原體污染憑肉眼和光學(xué)顯微鏡觀察,沒(méi)有明顯的特征。本文締一生物/締一生物為您分析支原體污染細(xì)胞的危害有多大?
恰恰不是!支原體對(duì)細(xì)胞的危害比人們想象的要大得多。并進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,實(shí)在不能令人忽視。事實(shí)上,在培養(yǎng)基中支原體的數(shù)量很容易超過(guò)細(xì)胞,以1000:1的比例甚至更高3。支原體影響到培養(yǎng)細(xì)胞的幾乎每一個(gè)方面。細(xì)胞不再像以往它們所應(yīng)該表現(xiàn)的那樣。例如,支原體會(huì)和宿主細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng),改變 細(xì)胞DNA、RNA和蛋白質(zhì)合成狀態(tài),降低培養(yǎng)液中氨基酸和ATP水平,誘導(dǎo)細(xì)胞染色體改變,改變細(xì)胞膜抗原結(jié)構(gòu)等。其結(jié)果是細(xì)胞增殖受到抑制,細(xì)胞死亡增加,DNA發(fā)生片段化,產(chǎn)生類(lèi)似凋亡的形態(tài)特征5。
有人列表總結(jié)出支原體對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生的一系列影響(見(jiàn)表1)1,7。
表1:支原體導(dǎo)致的細(xì)胞改變
細(xì)胞代謝 | DNA、RNA和蛋白合成 |
培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)的攝取,特別是氨基酸和核酸前體 | |
ATP水平 | |
細(xì)胞性能 | 酶活性與酶表達(dá)量 |
生長(zhǎng)速率、存活率和培養(yǎng)效率 | |
膜結(jié)構(gòu)組成,受體表達(dá)、結(jié)合和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) | |
核酸合成導(dǎo)致的非整倍體和其他染色體的畸變 | |
巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞活化和增殖反應(yīng) | |
干擾素的產(chǎn)生和活性 | |
病毒活性 | 感染率 |
病毒繁殖和產(chǎn)量 |
雖然到目前為止,這些效應(yīng)并不同時(shí)發(fā)生,但單就個(gè)別效應(yīng)看,其影響也是驚人的。例如,支原體的過(guò)度生長(zhǎng)可導(dǎo)致細(xì)胞培養(yǎng)液營(yíng)養(yǎng)的損失和真核細(xì)胞不可逆的損傷。很早就有人指出,支原體存在的精氨酸脫亞胺酶以及對(duì)生長(zhǎng)培養(yǎng)基的攝取和耗竭,能抑制細(xì)胞增殖,并誘導(dǎo)細(xì)胞系凋亡1。精氨酸是一些支原體(包括人型支原體、發(fā)酵支原體、精氨酸支原體等)的主要能量來(lái)源。支原體的精氨酸脫亞胺酶能代謝精氨酸并產(chǎn)生能量2。其結(jié)果使培養(yǎng)基中的精氨酸減少,導(dǎo)致真核細(xì)胞生長(zhǎng)速率異常,細(xì)胞活力下降,貼壁細(xì)胞從培養(yǎng)容器表面脫離,以及細(xì)胞出現(xiàn)顆粒物。另外,染色體畸變也會(huì)發(fā)生,這源于作為組蛋白主要成分的精氨酸的缺乏。染色體斷裂,多重易位和染色體數(shù)目的變化是支原體污染造成的其他幾種效應(yīng)。支原體產(chǎn)生的核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶還能降解真核細(xì)胞的DNA和RNA1。 另發(fā)現(xiàn),發(fā)酵支原體可引發(fā)單核細(xì)胞系DNA的片段化和染色體DNA的丟失,這種殺細(xì)胞效應(yīng)進(jìn)一步導(dǎo)致了蛋白碎片的產(chǎn)生。6
圖:電鏡下的支原體
有人用生物芯片檢測(cè)到了支原體給細(xì)胞帶來(lái)的幾百種基因表達(dá)的改變,包括編碼受體、離子通道、生長(zhǎng)因子的基因和癌基因等方面4。
另有人發(fā)現(xiàn),支原體包含有高度富含免疫原性的脂蛋白。這些脂蛋白錨定在胞膜的外表面,并可被TLR2等免疫細(xì)胞的受體識(shí)別。TLR與抗原結(jié)合后,可激活NF-kB途徑,進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞活化,并偏離zui終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
支原體造成的細(xì)胞污染,其副作用除了帶來(lái)個(gè)人的尷尬和生物安全的風(fēng)險(xiǎn)外,還包括損失時(shí)間、金錢(qián)、寶貴的細(xì)胞和發(fā)表被誤導(dǎo)的論文,使研究的數(shù)據(jù)受到質(zhì)疑。它對(duì)疫苗、單克隆抗體、重組蛋白等生物制品的質(zhì)量和數(shù)量也產(chǎn)生了負(fù)面影響。因此,各國(guó)FDA都制定了關(guān)于支原體檢測(cè)的指南和條令。
從上面可以看出,支原體帶來(lái)的負(fù)面結(jié)果實(shí)在不容忽視。因此,建立正確的支原體防治和檢測(cè)對(duì)于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)工作者來(lái)說(shuō),是非常重要的。
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(3)Shlomo Rottem, Michael F.Barile. Beware of mycoplasmas.Trends in Biotechnology. 1993,11(4) :143–151
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(5) MF Barile.MYCOPLASMA CONTAMINATION OF CELL CULTURES: A STATUS REPORT.Cell Culture & Its Application, 1977 :291-334
(6) CK Lincoln,MG Gabridge.Chapter 4 Cell Culture Contamination: Sources, Consequences, Prevention, and Elimination.Methods in Cell Biology,1998,57(57):49-65
(7) HG Drexler,CC Uphoff. Mycoplasma contamination of cell cultures: Incidence, sources, effects, detection, elimination, prevention.Cytotechnology, 2002,39(2):75-90
綜上所述,您是不是已經(jīng)對(duì)支原體污染細(xì)胞的危害有多大,有所了解。如果還有其他疑問(wèn),請(qǐng)咨詢(xún)締一生物/締一生物資深專(zhuān)家。