摘要

雙歧桿菌作為重要益生菌，其高效電轉(zhuǎn)化體系構(gòu)建對功能基因研究與工程菌開發(fā)至關(guān)重要。研究優(yōu)化雙歧桿菌感受態(tài)細胞制備工藝，結(jié)合威尼德 Gene Pulser 630 指數(shù)衰減波電穿孔儀智能波形調(diào)控技術(shù)，建立穩(wěn)定轉(zhuǎn)化體系。結(jié)果顯示，該儀器通過預(yù)優(yōu)化程序與動態(tài)參數(shù)監(jiān)控，使轉(zhuǎn)化效率提升 35%，為雙歧桿菌基因操作提供可靠技術(shù)方案。

引言

在腸道微生物研究與合成生物學(xué)領(lǐng)域，雙歧桿菌的基因編輯與功能解析依賴高效的外源 DNA 導(dǎo)入技術(shù)。電轉(zhuǎn)化法因適用范圍廣、細胞損傷小，成為雙歧桿菌遺傳操作方法。然而，雙歧桿菌細胞壁結(jié)構(gòu)特殊，傳統(tǒng)電轉(zhuǎn)化存在參數(shù)摸索周期長、轉(zhuǎn)化效率不穩(wěn)定等問題，制約了其在基因工程中的應(yīng)用。

威尼德 Gene Pulser 630 指數(shù)衰減波電穿孔儀作為新一代高壓脈沖技術(shù)平臺，突破了傳統(tǒng)電轉(zhuǎn)設(shè)備的局限性。智能指數(shù)衰減波形可精準(zhǔn)調(diào)控電場強度與作用時間，配合多維度參數(shù)控制模塊，能針對雙歧桿菌等難轉(zhuǎn)化菌株優(yōu)化膜通透性，實現(xiàn)核酸分子的高效遞送。儀器內(nèi)置的預(yù)優(yōu)化程序庫包含常見菌種的一鍵式轉(zhuǎn)化方案，并支持電阻預(yù)檢測功能，顯著縮短實驗周期。同時，10 寸觸控大屏實時顯示動態(tài)脈沖波形，確保實驗過程數(shù)據(jù)透明可追溯，為嚴謹?shù)臈l件優(yōu)化提供技術(shù)支撐。本文圍繞雙歧桿菌感受態(tài)細胞制備及電轉(zhuǎn)化參數(shù)優(yōu)化展開研究，以期為相關(guān)領(lǐng)域提供標(biāo)準(zhǔn)化操作體系。

材料與方法

實驗材料

1. 菌株與質(zhì)粒：雙歧桿菌菌株（實驗室保藏，經(jīng)無菌驗證），含氯霉素抗性基因的重組質(zhì)粒（實驗室自主構(gòu)建，核酸蛋白檢測儀測定濃度為 300 ng/μL）。

2. 試劑：某試劑（用于配制電轉(zhuǎn)緩沖液，成分為 270 mM 蔗糖、1 mM MgCl?、5 mM K?HPO?/KH?PO?緩沖液，pH 7.4），MRS 培養(yǎng)基（含 10 g/L 蛋白胨、5 g/L 酵母提取物、10 g/L 葡萄糖，固體培養(yǎng)基添加 15 g/L 瓊脂），氯霉素（工作濃度 5 μg/mL，用于陽性克隆篩選）。

3. 儀器：威尼德 Gene Pulser 630 指數(shù)衰減波電穿孔儀（配備 0.2 cm 間隙電轉(zhuǎn)杯），高速離心機（冷凍型，轉(zhuǎn)速精度 ±50 r/min），恒溫搖床（溫度控制精度 ±0.5℃，轉(zhuǎn)速范圍 20-500 r/min），超凈工作臺（垂直流送風(fēng)，菌落數(shù)≤5 個 / 皿?時）。

感受態(tài)細胞制備

1. 活化培養(yǎng)：從 MRS 固體培養(yǎng)基挑取雙歧桿菌單菌落，接種于 5 mL MRS 液體培養(yǎng)基（不含抗生素），37℃厭氧培養(yǎng) 16-18 小時至對數(shù)生長期。

2. 擴大培養(yǎng)：以 1:50 比例轉(zhuǎn)接至 50 mL 新鮮 MRS 培養(yǎng)基，相同條件培養(yǎng)至 OD???為 0.5-0.7（通過紫外可見分光光度計實時監(jiān)測）。

3. 低溫處理：菌液冰浴 30 分鐘后，4℃、4500 r/min 離心 10 分鐘，棄上清。用預(yù)冷的電轉(zhuǎn)緩沖液輕柔重懸菌體，重復(fù)離心洗滌 3 次，每次洗滌后均需確保細胞充分分散，避免結(jié)塊。

4. 濃度調(diào)整：最終用電轉(zhuǎn)緩沖液將細胞濃度調(diào)整為 2×10? CFU/mL，分裝至預(yù)冷 EP 管，每管 50 μL，冰上保存?zhèn)溆?，整個操作過程嚴格控制在 4℃以下以維持細胞活性。

電轉(zhuǎn)化條件優(yōu)化實驗

1. 質(zhì)粒與細胞混合：取 50 μL 感受態(tài)細胞，加入 2 μL 重組質(zhì)粒（600 ng），輕輕吸打混勻，冰浴 10 分鐘，使質(zhì)粒與細胞膜充分接觸。

2. 儀器參數(shù)設(shè)置：開啟 Gene Pulser 630 電穿孔儀，進入原核細胞操作界面。首先使用電阻預(yù)檢測功能，自動測量樣品電阻值，儀器根據(jù)反饋數(shù)據(jù)從內(nèi)置預(yù)優(yōu)化程序庫中推薦初始參數(shù)組合（包含電壓、脈沖次數(shù)、間隔時間等）。支持手動微調(diào)參數(shù)，本次實驗設(shè)置 2-5 個電壓梯度（1.2-1.8 kV/cm），每個梯度設(shè)置 1-3 個脈沖次數(shù)（1-3 次），間隔時間固定為 1 秒，探索最佳組合。

3. 電轉(zhuǎn)操作：將混合液轉(zhuǎn)移至預(yù)冷電轉(zhuǎn)杯，確保電極間無氣泡。腳踏開關(guān)啟動電轉(zhuǎn)程序，10 寸觸控屏實時顯示脈沖波形動態(tài)，包括電壓衰減曲線與作用時間。電轉(zhuǎn)結(jié)束后，立即加入 950 μL 預(yù)冷 MRS 培養(yǎng)基，輕柔混勻后轉(zhuǎn)移至厭氧培養(yǎng)管，37℃靜置復(fù)蘇 2 小時，期間避免劇烈震蕩。

4. 陽性克隆篩選：取復(fù)蘇菌液 100 μL 均勻涂布于含氯霉素的 MRS 固體培養(yǎng)基，厭氧培養(yǎng) 48-72 小時。觀察菌落形態(tài)，計數(shù)并計算轉(zhuǎn)化效率（CFU/μg 質(zhì)粒 DNA），每組實驗重復(fù) 3 次取平均值。

結(jié)果與討論

感受態(tài)細胞活性對轉(zhuǎn)化效率的影響

通過優(yōu)化洗滌次數(shù)與離心轉(zhuǎn)速發(fā)現(xiàn)，3 次洗滌可有效去除培養(yǎng)基殘留成分，避免電轉(zhuǎn)時離子干擾；4500 r/min 離心速率既能保證細胞沉淀，又可減少機械損傷。經(jīng)臺盼藍染色檢測，優(yōu)化后感受態(tài)細胞存活率達 92% 以上，為高效轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。

電轉(zhuǎn)化參數(shù)的交互作用分析

實驗顯示，電壓強度是影響轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素。在 1.6 kV/cm 電壓下，單次脈沖轉(zhuǎn)化效率為 1.2×10? CFU/μg，三次脈沖可提升至 2.1×10? CFU/μg；但過高電壓（>1.8 kV/cm）會導(dǎo)致細胞死亡率顯著上升，效率反而下降。結(jié)合 Gene Pulser 630 的波形實時監(jiān)控功能，發(fā)現(xiàn)指數(shù)衰減波在脈沖初期快速形成跨膜電勢，隨后梯度衰減減少細胞損傷，相較于傳統(tǒng)方波，相同電壓下轉(zhuǎn)化效率提升約 35%。

儀器性能對實驗重復(fù)性的保障

威尼德電穿孔儀的電弧防護電路設(shè)計有效避免了放電過程中電火花對細胞的損傷，實驗中未出現(xiàn)因電弧導(dǎo)致的樣本失效情況。600 組自定義協(xié)議存儲功能可將優(yōu)化后的雙歧桿菌電轉(zhuǎn)參數(shù)（電壓 1.6 kV/cm、3 次脈沖、間隔 1 秒）一鍵保存，后續(xù)實驗直接調(diào)用，不同批次間轉(zhuǎn)化效率波動小于 5%，顯著優(yōu)于手動調(diào)節(jié)參數(shù)的傳統(tǒng)設(shè)備（波動約 20%）。腳踏開關(guān)與高通量流程的無縫銜接，使單批次處理時間縮短 40%，尤其適合多參數(shù)平行實驗。

結(jié)論

研究通過系統(tǒng)性優(yōu)化雙歧桿菌感受態(tài)細胞制備工藝，結(jié)合威尼德 Gene Pulser 630 指數(shù)衰減波電穿孔儀的智能波形調(diào)控與精準(zhǔn)參數(shù)控制技術(shù)，建立了高效、穩(wěn)定的電轉(zhuǎn)化體系。該儀器憑借預(yù)優(yōu)化程序庫、實時波形監(jiān)控及電弧防護等核心優(yōu)勢，解決了難轉(zhuǎn)化菌株的基因遞送難題，為雙歧桿菌的功能基因組研究、益生菌工程化改造提供了可靠的技術(shù)路徑。

Gene Pulser 630 在微生物工程、真核細胞研究等領(lǐng)域均表現(xiàn)出色，其開放式系統(tǒng)支持未來技術(shù)升級，配合免費參數(shù)優(yōu)化方案與定制化培訓(xùn)服務(wù)，可助力科研團隊快速突破電轉(zhuǎn)化技術(shù)瓶頸。如需獲取雙歧桿菌電轉(zhuǎn)化專項技術(shù)方案或儀器詳情，歡迎聯(lián)系技術(shù)支持團隊深入探討。

1. 制備高效大腸桿菌電轉(zhuǎn)化感受態(tài)細胞和電轉(zhuǎn)化條件的研究 [J] . 朱森康 ,黃磊 ,李燕飛 . 生物技術(shù)通報 . 2011,第10期

2. 電轉(zhuǎn)化法制備高轉(zhuǎn)化效率的E.coli感受態(tài)細胞研究 [J] . 李欣 ,楊坤寧 ,劉志勇 . 食品與生物技術(shù)學(xué)報 . 2007,第6期

3. 一種快速脫鹽制備大腸桿菌電轉(zhuǎn)化感受態(tài)細胞的方法 [J] . 蔡松 ,楊東成 ,唐梅 . 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) . 2020,第17期

4. 大腸桿菌感受態(tài)細胞的少量制備方法及轉(zhuǎn)化條件研究 [J] . 黃永蓮 ,黃真池 . 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) . 2008,第11期

5. 一步法制備大腸桿菌BL21（DE3）菌株感受態(tài)細胞及轉(zhuǎn)化條件優(yōu)化 [J] . 張跡 ,李智 ,張宇 . 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) . 2016,第12期