馬爾尼菲青霉（Penicillium marneffei）作為一種更好的雙相型真菌，在自然界中呈現(xiàn)出復(fù)雜的生活史，其在 25℃左右環(huán)境下呈菌絲相生長，而在 37℃人體體溫環(huán)境下則轉(zhuǎn)變?yōu)榻湍赶啵@種特殊的相變特性與它對(duì)人體的致病性緊密相關(guān)。作為東南亞地區(qū)及我國南方部分省份常見的深部致病真菌，馬爾尼菲青霉可引發(fā)嚴(yán)重的系統(tǒng)性感染，尤其在免疫功能低下人群，如艾滋病患者、受者等群體中，感染率及致死率頗高，對(duì)公共衛(wèi)生安全構(gòu)成顯著威脅。
深入探究馬爾尼菲青霉的致病機(jī)制、毒力因子以及開展抗真菌藥物靶點(diǎn)篩選等研究工作，迫切依賴高效、穩(wěn)定的基因轉(zhuǎn)化體系?；蜣D(zhuǎn)化技術(shù)能夠?qū)⑼庠椿蚓珳?zhǔn)導(dǎo)入真菌細(xì)胞內(nèi)，通過跟蹤標(biāo)記基因表達(dá)、分析目的基因敲除或過表達(dá)后的表型變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)真菌基因功能全方面解讀。目前，馬爾尼菲青霉的轉(zhuǎn)化方法雖有多種嘗試，諸如原生質(zhì)體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化、農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化等，但均存在各自局限。原生質(zhì)體法操作繁瑣，原生質(zhì)體制備與再生環(huán)節(jié)易受環(huán)境因素干擾，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率波動(dòng)大且重復(fù)性差；農(nóng)桿菌介導(dǎo)法則面臨著宿主范圍限制、轉(zhuǎn)化流程冗長等不足。
電穿孔技術(shù)，憑借其原理上借助短暫高壓電脈沖在細(xì)胞膜上形成可逆性微孔，促使外源 DNA 高效進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，具有操作簡便、轉(zhuǎn)化速度快、對(duì)細(xì)胞生理狀態(tài)影響相對(duì)小等優(yōu)勢，在眾多微生物轉(zhuǎn)化領(lǐng)域嶄露頭角。然而，在馬爾尼菲青霉轉(zhuǎn)化應(yīng)用中，尚未形成一套標(biāo)準(zhǔn)化、高效的電穿孔參數(shù)及流程，亟需系統(tǒng)性優(yōu)化，以解鎖其在該真菌研究中的巨大潛力，為馬爾尼菲青霉基礎(chǔ)研究與臨床防控研究搭建堅(jiān)實(shí)技術(shù)橋梁。
實(shí)驗(yàn)所采用的馬爾尼菲青霉菌株分離自臨床確診患者樣本，經(jīng)多輪純化與鑒定確保遺傳背景單一穩(wěn)定。選用攜帶潮霉素抗性基因（hph）作為篩選標(biāo)記的質(zhì)粒 pUC-HPH，該質(zhì)粒含有真菌通用啟動(dòng)子，可驅(qū)動(dòng)抗性基因在馬爾尼菲青霉中高效表達(dá)，以保證后續(xù)轉(zhuǎn)化子篩選準(zhǔn)確性與高效性。
完整培養(yǎng)基（CM）：包含葡萄糖 20g/L、蛋白胨 5g/L、酵母提取物 3g/L、瓊脂 20g/L（固體培養(yǎng)基添加），用于馬爾尼菲青霉常規(guī)培養(yǎng)與活化，提供豐富營養(yǎng)成分支持菌株旺盛生長，維持其正常生理代謝與形態(tài)發(fā)育。
電穿孔緩沖液（EB）：基礎(chǔ)成分為蔗糖 0.5 - 1.5M、HEPES 10 - 50mM、MgCl? 1 - 10mM，pH 值精確調(diào)控在 6.5 - 7.5 區(qū)間。蔗糖作為滲透壓調(diào)節(jié)劑，維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓平衡，避免細(xì)胞在電脈沖沖擊下過度失水或吸水破裂；HEPES 保障緩沖體系酸堿穩(wěn)定性，為細(xì)胞營造穩(wěn)定化學(xué)微環(huán)境；MgCl?有助于穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，協(xié)同提升電穿孔過程細(xì)胞膜對(duì) DNA 攝取能力。通過設(shè)置多組不同濃度梯度組合的 EB 緩沖液，篩選最適配馬爾尼菲青霉電穿孔的緩沖液配方。
挑取經(jīng) CM 培養(yǎng)基活化的馬爾尼菲青霉酵母相單菌落，接種至含 50mL 液體 CM 培養(yǎng)基的三角瓶中，25℃、180r/min 振蕩培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長期（通過監(jiān)測 OD???值，控制在 0.8 - 1.2 范圍）。
4℃、5000r/min 離心 10min 收集菌體，用預(yù)冷的無菌水洗滌 2 - 3 次，去除培養(yǎng)基殘留成分，減輕對(duì)后續(xù)電穿孔過程干擾。
再以適量預(yù)冷 EB 緩沖液重懸菌體，冰浴孵育 30 - 60min，期間輕柔顛倒混勻數(shù)次，促使細(xì)胞進(jìn)入感受態(tài)，便于接納外源 DNA。
取 100μL 制備好的感受態(tài)細(xì)胞與 1 - 10μg 線性化處理后的 pUC-HPH 質(zhì)粒輕柔混勻，轉(zhuǎn)移至預(yù)冷的電穿孔杯（電極間距 0.2 - 0.4cm）中，冰上靜置 5 - 10min，使細(xì)胞與 DNA 充分結(jié)合。
運(yùn)用電穿孔儀（可精確調(diào)控電壓、脈沖時(shí)間、脈沖次數(shù)等參數(shù)）施加不同參數(shù)組合的電脈沖。電壓設(shè)置在 500 - 2000V 范圍，以 200V 為梯度遞增；脈沖時(shí)間從 1 - 10ms 區(qū)間按 1ms 步長變化；脈沖次數(shù)設(shè)為 1 - 5 次，通過全面交叉組合實(shí)驗(yàn)，探究最佳電穿孔條件。
電穿孔結(jié)束后，迅速加入 900μL 預(yù)冷的 CM 培養(yǎng)基，輕柔混勻后轉(zhuǎn)移至無菌離心管，25℃、100r/min 低速振蕩復(fù)蘇培養(yǎng) 1 - 2h，助于細(xì)胞修復(fù)電穿孔造成的膜損傷，穩(wěn)定攝取外源 DNA 并啟動(dòng)基因表達(dá)。
將復(fù)蘇后的菌液梯度稀釋，涂布于含潮霉素（100 - 300μg/mL）的 CM 固體培養(yǎng)基平板上，25℃倒置培養(yǎng) 3 - 7 天，直至長出肉眼可見單菌落。潮霉素抗性篩選確保僅攝取并穩(wěn)定整合質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化子存活生長。
隨機(jī)挑取多個(gè)抗性單菌落，轉(zhuǎn)接至新的含潮霉素 CM 平板及不含潮霉素 CM 平板，驗(yàn)證抗性穩(wěn)定性與遺傳特性。同時(shí)，提取轉(zhuǎn)化子基因組 DNA，利用 PCR 技術(shù)擴(kuò)增 hph 基因片段，通過電泳檢測擴(kuò)增產(chǎn)物條帶，確證外源基因整合入馬爾尼菲青霉基因組情況，進(jìn)一步借助 Southern blot 雜交精準(zhǔn)鑒定整合拷貝數(shù)與位點(diǎn)，全方面評(píng)估轉(zhuǎn)化體系可靠性與穩(wěn)定性。
在不同蔗糖、HEPES、MgCl?濃度組合的 EB 緩沖液測試中，當(dāng)蔗糖濃度為 1.0M、HEPES 濃度為 30mM、MgCl?濃度為 5mM，pH 值為 7.0 時(shí)，電穿孔后轉(zhuǎn)化子長出數(shù)量最多。相較于基礎(chǔ)配方（蔗糖 0.5M、HEPES 10mM、MgCl? 1mM），轉(zhuǎn)化效率提升約 2.5 倍。高濃度蔗糖有效維持細(xì)胞滲透壓，減少電脈沖下細(xì)胞破裂；適宜 HEPES 和 MgCl?含量協(xié)同優(yōu)化細(xì)胞膜狀態(tài)，利于 DNA 分子接近與進(jìn)入細(xì)胞，凸顯緩沖液成分精準(zhǔn)調(diào)配對(duì)電穿孔效果的關(guān)鍵支撐。
電壓影響：在 500 - 2000V 測試區(qū)間，當(dāng)電壓為 1200V 時(shí)，轉(zhuǎn)化子數(shù)量達(dá)峰值。低于此電壓，細(xì)胞膜微孔形成不足，DNA 進(jìn)入受阻，轉(zhuǎn)化效率低下；高于 1200V 則細(xì)胞損傷嚴(yán)重，死亡率飆升，存活細(xì)胞接納外源 DNA 并正常轉(zhuǎn)化能力銳減，印證合適電壓是平衡膜穿孔與細(xì)胞存活的 “支點(diǎn)”。
脈沖時(shí)間影響：脈沖時(shí)間在 4 - 6ms 時(shí)，轉(zhuǎn)化效率顯著優(yōu)于其他時(shí)長設(shè)置，此時(shí)給予細(xì)胞足夠時(shí)間形成穩(wěn)定微孔并攝取 DNA，過長易破壞膜修復(fù)機(jī)制致細(xì)胞失活，過短則 DNA 遷移不充分，彰顯精準(zhǔn)脈沖時(shí)長把控對(duì)轉(zhuǎn)化成敗的決定性意義。
脈沖次數(shù)影響：脈沖次數(shù)為 3 次時(shí)，轉(zhuǎn)化子產(chǎn)出量優(yōu)異，多次脈沖適度累加微孔形成與 DNA 導(dǎo)入效果，但超 3 次后，細(xì)胞累積損傷遠(yuǎn)超收益，轉(zhuǎn)化效率隨細(xì)胞活力下降而降低，表明適度脈沖刺激是高效轉(zhuǎn)化 “催化劑”。
經(jīng)潮霉素抗性平板篩選、PCR 擴(kuò)增及 Southern blot 分析，挑取的轉(zhuǎn)化子均穩(wěn)定攜帶 hph 基因，且多數(shù)呈現(xiàn)單拷貝整合入基因組，遺傳穩(wěn)定，在無潮霉素培養(yǎng)基連續(xù)傳代 5 次后仍保留抗性，有力證實(shí)優(yōu)化電穿孔體系可介導(dǎo)外源基因精準(zhǔn)、穩(wěn)定整合，滿足后續(xù)長期遺傳學(xué)研究需求。
本研究成功優(yōu)化電穿孔技術(shù)構(gòu)建馬爾尼菲青霉轉(zhuǎn)化體系，關(guān)鍵在于精細(xì)雕琢電穿孔各環(huán)節(jié)要素。緩沖液成分協(xié)同互作，從物理化學(xué)層面 “呵護(hù)” 細(xì)胞度過電脈沖沖擊；電壓、脈沖時(shí)間、次數(shù) “三位一體” 精密平衡，突破以往轉(zhuǎn)化 “瓶頸”。與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化方法相比，新體系摒棄原生質(zhì)體制備繁瑣流程與脆弱再生環(huán)節(jié)，規(guī)避農(nóng)桿菌介導(dǎo)的復(fù)雜互作限制，轉(zhuǎn)化周期從常規(guī)數(shù)周縮至 1 - 2 周，效率提升 3 - 4 倍，穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)。
在醫(yī)學(xué)真菌研究版圖中，此體系為馬爾尼菲青霉致病性基因挖掘、抗藥機(jī)制剖析點(diǎn)亮明燈。借助該工具可敲除疑似毒力基因，對(duì)比野生株與突變株感染模型差異，鎖定致病關(guān)鍵因子；針對(duì)耐藥株，可轉(zhuǎn)化熒光標(biāo)記耐藥基因，追蹤表達(dá)調(diào)控，解析耐藥根源。未來，持續(xù)拓展該體系適配外源基因類型、優(yōu)化多基因共轉(zhuǎn)化流程，有望將馬爾尼菲青霉遺傳學(xué)研究推向縱深，為抗真菌新藥研發(fā)、臨床精準(zhǔn)防控注入創(chuàng)新活力，填補(bǔ)真菌致病機(jī)制與防治策略空白，守護(hù)易感人群健康福祉。
本研究通過系統(tǒng)性優(yōu)化電穿孔技術(shù)涉及的緩沖液配方、電穿孔參數(shù)以及感受態(tài)細(xì)胞制備與轉(zhuǎn)化后篩選流程，成功構(gòu)建高效、穩(wěn)定的馬爾尼菲青霉轉(zhuǎn)化體系。該體系顯著提升轉(zhuǎn)化效率、保障轉(zhuǎn)化子遺傳穩(wěn)定性，為馬爾尼菲青霉基礎(chǔ)遺傳學(xué)及相關(guān)醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究提供了可靠技術(shù)支撐，在拓展對(duì)馬爾尼菲青霉生物學(xué)認(rèn)知邊界、攻克臨床感染難題征程中邁出關(guān)鍵一步，隨著后續(xù)應(yīng)用拓展與完善，有望重塑馬爾尼菲青霉研究格局，助力真菌病防治革新。
手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)小程序
官方微信
公眾號(hào)：chem17
掃碼關(guān)注視頻號(hào)
采購中心