中國肉研中心王守偉教授等:細胞培育肉種子細胞永生化誘導研究

2023-01-16作者:來源:責任編輯:食品界 字體A+AA-

種類豐富、高活力的種子細胞是生產(chǎn)細胞培育肉的源頭,然而,這些細胞活化后分化為成肌細胞即失去干性,無法永久性持續(xù)增長,細胞傳代能力仍然面臨著諸多挑戰(zhàn),而持續(xù)從動物機體獲取細胞也違背了動物福利。細胞永生化技術(shù)可以使細胞獲得持續(xù)生長的增殖能力,長期傳代,并具有無限增殖的生長特性,克服一般原代細胞有限次傳代后即發(fā)生衰老和死亡的情況。成體細胞的永生化,包括端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)染、基因敲除類恢復性誘導、四小吉奎琳氧化法以及黃曲霉素刺激法。然而,現(xiàn)存的永生化細胞系多為小鼠或人源細胞,無法直接應用于細胞培育肉體系,更不能用于食品科學的研究。

中國肉類食品綜合研究中心首席科學家王守偉(第一作者:楊峰)在《中國食品學報》第22卷第12期發(fā)表了特約專欄(細胞培養(yǎng)肉專欄)文章《細胞培育肉種子細胞永生化誘導研究》,該研究通過構(gòu)建穩(wěn)定性強的豬成肌細胞永生化誘導載體,為細胞培育肉種子細胞制備提供更高效的技術(shù)手段,為細胞培育肉工業(yè)化生產(chǎn)種子細胞獲取打下基礎(chǔ)。


試驗方法

基于豬成肌細胞,通過端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶進行誘導載體的構(gòu)建,核轉(zhuǎn)染到細胞后分別通過免疫熒光標記、定量PCR、染色體核型分析等方法進行細胞誘導驗證。

試驗結(jié)果

端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶過表達載體構(gòu)建


永生化誘導過表達載體圖譜

利用脫毒的慢病毒進行過表達載體的構(gòu)建,構(gòu)建完成的載體通過多引物PCR驗證和測序驗證,結(jié)果良好,序列無突變發(fā)生。


嘌呤霉素篩選陽性細胞藥篩及細胞活力檢測

細胞凋亡及增殖曲線

在明確轉(zhuǎn)導滴度為25時轉(zhuǎn)導細胞效率最高的基礎(chǔ)上,利用嘌呤霉素進行陽性細胞藥篩,去除假陽性細胞。連續(xù)傳代驗證發(fā)現(xiàn)誘導組的細胞已經(jīng)突破生理極限,突破了“Hay flick”界限(細胞最大分裂次數(shù)),證明本研究中的細胞永生化誘導取得初步成功。

流式細胞術(shù)純化陽性細胞及細胞陽性率鑒定

流式細胞術(shù)鑒定陽性細胞純化程度


分別在誘導細胞加入嘌呤霉素的第2,4,6天時進行流式細胞術(shù)的細胞鑒定,檢測陽性細胞的藥篩效率,發(fā)現(xiàn)隨著時間的延長,陽性細胞的比例不斷上升,第6天時陽性細胞比例為100%(存在極少數(shù)的陰性細胞在圈門外,比例接近于0),陰性細胞已通過嘌呤霉素全部篩除。

永生化誘導細胞株遺傳穩(wěn)定性鑒定

細胞核型分析

對誘導后傳代50代的細胞進行染色體核型分析發(fā)現(xiàn),1號染色體中央著絲粒和次縊痕染色深,2號染色體短臂有4條深帶,長臂有6~7條深帶,分3個區(qū);3號染色體著絲粒染色濃,在短臂和長臂的中端各有1條明顯寬闊的淺帶;其它染色體從形態(tài)、長度和臂比上看均未產(chǎn)生顯著的異變。


端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶及端粒四聚體表達鑒定

在永生化誘導的細胞中hnRNP A2蛋白的表達與端粒酶活性呈正相關(guān),hnRAP A2的表達促進了端粒的延長。此外,在成體細胞中,端粒酶是無法被檢測到的,而在本誘導細胞株中,可以檢測到端粒酶的表達,證明細胞的誘導成效顯著。


端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶及hnRAP蛋白表達活性鑒

相較于端粒的長短,端粒變短的速度具有更重要的意義。研究結(jié)果表明:永生化誘導的細胞相對端粒酶長度顯著高于對照組,從側(cè)面揭示細胞永生化誘導的效率高,細胞傳代能力和細胞活力顯著高于對照組。此外,hnRAPC基因表達量顯著高于對照組,揭示該蛋白在端粒中的活化功能,以及誘導組細胞蛋白活性顯著高于對照組,表明永生化細胞誘導取得成功,細胞傳代能力得到顯著提升。

討 論

細胞培育肉作為一門新興科學技術(shù),雖然研究時間相對較短,但是其作為細胞生物學、組織工程學及食品科學等多學科交叉融合的技術(shù)已經(jīng)具備深厚的研究基礎(chǔ)。在細胞培育肉研發(fā)過程中,獲得相應的可以無限增殖的成體細胞,是解決其工業(yè)化過程中細胞來源的重要保障。

在基因水平層面,細胞永生化的方法目前主要有SV40大T抗原法、端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶法、HPV16 E6法、原癌基因以及抑癌基因等方法。這些細胞永生化的方法各有利弊,作為食品科學研究,細胞培育肉使用的種子細胞首先需要排除人源因素,同時保證細胞的活性及各項功能,更重要的是細胞永生化的誘導不能干擾了各類種子細胞的正常使用,即不能引入不確定因素。

將端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶導入細胞后隨著細胞分裂過程,同步表達逆轉(zhuǎn)錄酶的催化亞基,調(diào)節(jié)端粒酶的活性。同時與hnRNPA2蛋白發(fā)生作用,打開端粒G-四鏈體結(jié)構(gòu),暴露端粒3`端堿基,促進其與端粒酶RNA模板配對,從而增強端粒酶的催化活性及進行性,有效維持端粒酶的長度,其意義在于減低(負調(diào)控)端粒縮短的速度,使端粒維持一定的長度,從而實現(xiàn)細胞的永生化。該方法得到的永生化細胞除了端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶,不再引入新的影響基因,以保證細胞的正常表達水平和功能。細胞在傳代180代后仍具有較高的增殖和分化效率,且細胞穩(wěn)定性較高,沒有發(fā)生不可預測的突變現(xiàn)象。

結(jié) 論
本研究構(gòu)建豬成肌細胞永生化誘導載體,探索細胞永生化誘導方案和研究材料;通過細胞核轉(zhuǎn)染、陽性細胞流式細胞儀篩選獲取陽性細胞株;通過定量PCR、免疫熒光標記、核型分析等驗證細胞的穩(wěn)定性;對陽性細胞進行連續(xù)傳代培養(yǎng),驗證細胞可傳代超過200代。本研究的實施為細胞培育肉種子細胞的開發(fā)探索了理論基礎(chǔ),提供了工業(yè)化生產(chǎn)的細胞材料,為培育肉工業(yè)化生產(chǎn)提供先導條件。


專家介紹




王守偉 教授級高級工程師

中國肉類食品綜合研究中心 首席科學家

北京食品科學研究院 首席科學家

王守偉,教授級高級工程師,中國肉類食品綜合研究中心、北京食品科學研究院首席科學家,兼任肉類加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長、中國食品科學技術(shù)學會常務理事。長期從事肉品科學與技術(shù)、食品安全領(lǐng)域研究,致力于肉類產(chǎn)業(yè)重大關(guān)鍵共性技術(shù)問題研究及科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化,推動生物培育肉研究在中國的發(fā)展。主持和承擔國家重點研發(fā)計劃專項、國家“863”計劃、國家自然科學基金等項目/課題20余項,發(fā)表科技論文190余篇,獲授權(quán)發(fā)明專利20 件,制修訂國際/國家/行業(yè)標準9 項,出版專著10 部,獲國家科技進步二等獎1 項、省部級科技進步一等獎10 項(第一完成人)

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