ترانسفکشن و انتقال دو تکنیک متداول در زیست شناسی مولکولی برای وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول ها هستند. در حالی که هر دو روش برای یک هدف استفاده می شوند، تفاوت های کلیدی در مکانیسم ها و کاربردهای آنها وجود دارد. در این توضیح جامع، چهار مرحله مربوط به ترانسفکشن و ترانسداکشن را بررسی خواهیم کرد، تفاوت های اصلی بین این دو تکنیک را برجسته می کنیم و 17 نکته برای اجرای موفقیت آمیز ارائه می دهیم.

تغییر:

ترانسفکشن فرآیند وارد کردن اسیدهای نوکلئیک خارجی مانند DNA یا RNA به سلول های یوکاریوتی است. این به محققان اجازه می دهد تا بیان ژن، عملکرد پروتئین و فرآیندهای سلولی را با دستکاری مواد ژنتیکی درون سلول ها مطالعه کنند. ترانسفکشن را می توان با استفاده از روش های مختلف از جمله تکنیک های مبتنی بر شیمیایی و روش های فیزیکی به دست آورد.

چهار مرحله اصلی درگیر در ترانسفکشن به شرح زیر است:

1. تهیه اسید نوکلئیک: اولین گام در ترانسفکشن، تهیه اسید نوکلئیک است که به سلول های هدف وارد می شود. این می‌تواند شامل جداسازی و خالص سازی DNA یا RNA از منابع مختلف مانند پلاسمیدها، DNA ژنومی یا الیگونوکلئوتیدهای سنتز شده باشد.
2. تشکیل کمپلکس: در این مرحله، اسید نوکلئیک با یک معرف ترانسفکشن ترکیب می‌شود تا کمپلکسی را تشکیل دهد که انتقال آن به سلول‌ها را تسهیل می‌کند. معرف‌های ترانسفکشن می‌توانند لیپیدهای کاتیونی، پلیمرها یا سایر مولکول‌های تخصصی باشند که با اسید نوکلئیک برای محافظت از آن و افزایش جذب آن توسط سلول‌ها تعامل دارند.
3. جذب سلولی: هنگامی که کمپلکس معرف ترانسفکشن اسید نوکلئیک تشکیل شد، به سلول های هدف اضافه می شود. این کمپلکس با غشای سلولی تعامل دارد و از طریق مکانیسم های مختلفی مانند اندوسیتوز یا همجوشی مستقیم با غشای پلاسمایی وارد سلول ها می شود.
4. بیان ماده ژنتیکی: پس از درونی سازی، اسید نوکلئیک ترانسفکت شده در دستگاه سلولی ادغام می شود، جایی که می توان آن را به RNA رونویسی کرد و به پروتئین ترجمه کرد. بیان ماده ژنتیکی معرفی شده به عواملی مانند توالی های پروموتر موجود در DNA ترانسفکت شده و محیط سلولی بستگی دارد.

Transduction:

ترانسداکشن روش دیگری است که برای وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول ها استفاده می شود، اما برای رساندن اسید نوکلئیک مورد نظر به ناقل های ویروسی متکی است. ناقل‌های ویروسی، ویروس‌های اصلاح‌شده‌ای هستند که به گونه‌ای مهندسی شده‌اند که ویژگی‌های بیماری‌زای خود را حذف کنند و در عین حال توانایی خود را برای آلوده‌کردن مؤثر سلول‌ها و انتقال ژن‌ها حفظ کنند.

چهار مرحله اصلی درگیر در انتقال به شرح زیر است:

1. انتخاب ناقل ویروسی: اولین مرحله در انتقال، انتخاب یک ناقل ویروسی مناسب برای تحویل ژن است. ناقل های ویروسی رایج شامل رترو ویروس ها، لنتی ویروس ها، آدنوویروس ها و ویروس های مرتبط با آدنو (AAV) هستند. هر بردار دارای ویژگی های خاصی است که آن را برای کاربردهای مختلف مناسب می کند.
2. ساخت ناقل ویروسی: هنگامی که ناقل ویروسی انتخاب شد، باید با وارد کردن ماده ژنتیکی مورد نظر در ژنوم آن ساخته شود. این معمولاً با استفاده از تکنیک‌های شبیه‌سازی مولکولی برای ایجاد یک ناقل ویروسی نوترکیب انجام می‌شود.
3. بسته بندی و تولید: پس از ساخت، ناقل ویروسی نوترکیب باید در ذرات ویروسی بسته بندی شود. این مرحله شامل انتقال خطوط سلولی بسته بندی شده با ناقل نوترکیب و اجازه دادن به آنها برای تولید ذرات ویروسی عفونی است. سپس ویروس های تولید شده را می توان برداشت و خالص کرد.
4. عفونت سلول های هدف: ذرات ویروسی خالص شده به سلول های هدف اضافه می شوند و در آنجا سلول ها را آلوده کرده و ماده ژنتیکی مورد نظر را تحویل می دهند. فرآیند عفونت بسته به نوع ویروس مورد استفاده می‌تواند متفاوت باشد، اما عموماً شامل اتصال گیرنده، درونی‌سازی، پوشش‌دهی ویروس و رهاسازی مواد ژنتیکی به داخل سلول میزبان است.

تفاوت های کلیدی بین ترانسفکشن و ترانسداکشن:

1. مکانیسم تحویل: انتقال به روش‌های غیر ویروسی، مانند معرف‌های شیمیایی یا تکنیک‌های فیزیکی، برای رساندن اسیدهای نوکلئیک به سلول‌ها متکی است. از سوی دیگر، Transduction از حامل های ویروسی برای تحویل ژن استفاده می کند.
2. بازده: روش‌های ترانسفکشن اغلب بازده کمتری نسبت به ترانسداکشن دارند. ناقل های ویروسی مورد استفاده در انتقال تکامل یافته اند تا به طور موثر ژن ها را به طیف گسترده ای از انواع سلول ها آلوده کرده و تحویل دهند.
3. ادغام: ترانسفکشن می‌تواند منجر به بیان ژن گذرا شود، جایی که m ژنتیکی معرفی شدهمواد در ژنوم میزبان ادغام نمی شوند و در نهایت تخریب می شوند. در مقابل، اگر ناقل ویروسی در ژنوم میزبان ادغام شود، انتقال می‌تواند به بیان ژن پایدار منجر شود.
4. ظرفیت بار: روش‌های ترانسفکشن می‌توانند قطعات DNA بزرگ‌تری مانند پلاسمیدها یا مولکول‌های بزرگ RNA را در خود جای دهند. ناقل‌های ویروسی مورد استفاده در انتقال ظرفیت بار محدودی به دلیل محدودیت‌های اندازه دارند.
5. ملاحظات ایمنی: روش‌های انتقال عموماً ایمن‌تر در نظر گرفته می‌شوند زیرا شامل استفاده از ویروس نمی‌شوند. با این حال، ناقل‌های ویروسی مورد استفاده در انتقال به طور گسترده برای به حداقل رساندن بیماری‌زایی و کاهش خطر عوارض جانبی مهندسی شده‌اند.
6. سازگاری نوع سلول: ترانسفکشن را می توان برای طیف وسیعی از انواع سلول، از جمله سلول های اولیه و رده های سلولی ایجاد شده، اعمال کرد. Transduction همچنین با انواع مختلف سلول سازگار است، اما ممکن است بسته به ناقل ویروسی مورد استفاده و گرایش آن محدودیت هایی داشته باشد.
7. بیان طولانی مدت: ترانسفکشن اغلب منجر به بیان ژن گذرا می شود که برای مدت زمان محدودی دوام می آورد. در مقابل، انتقال می‌تواند منجر به بیان طولانی مدت یا دائمی ماده ژنتیکی معرفی شده شود.
8. کارایی انتقال ژن: کارایی ترانسفکشن می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند نوع سلول، کیفیت معرف ترانسفکشن و شرایط آزمایشی قرار گیرد. راندمان انتقال عموماً به دلیل استفاده از بردارهای ویروسی بهینه شده بیشتر است.
9. پاسخ ایمنی: روش‌های ترانسفکشن معمولاً پاسخ ایمنی را تحریک نمی‌کنند زیرا شامل استفاده از ویروس نمی‌شوند. با این حال، ترانسداکشن می‌تواند به دلیل وجود اجزای ویروسی، پاسخ ایمنی را القا کند.
10. محل درج ژن: ترانسفکشن محل درج ماده ژنتیکی معرفی شده را کنترل نمی کند، که می‌تواند منجر به رویدادهای ادغام تصادفی شود. ترانسداکشن اجازه می دهد تا درج ژن کنترل شده تری انجام شود، زیرا ناقل های ویروسی خاص میتوانند مناطق ژنومی خاصی را هدف قرار دهند.
11. کاربردها: ترانسفکشن معمولاً برای مطالعات کوتاه مدت بیان ژن، آزمایش‌های تداخل RNA و تولید پروتئین گذرا استفاده می‌شود. ترانسداکشن اغلب برای بیان ژن درازمدت، تولید رده های سلولی پایدار و کاربردهای ژن درمانی استفاده می شود.
12. اندازه تحویل: روش‌های ترانسفکشن می‌توانند محموله‌های ژنتیکی بزرگ‌تری از جمله ژن‌های متعدد یا قطعات بزرگ DNA را تحویل دهند. Transduction به دلیل محدودیت‌های اندازه ناقل‌های ویروسی، ظرفیت بار محدودی دارد.
13. بازده تحویل در سلول‌های غیرقابل تقسیم: روش‌های ترانسفکشن می‌توانند به طور موثر مواد ژنتیکی را به سلول‌های غیرقابل تقسیم برسانند. انتقال به طور کلی در تقسیم فعال سلول ها کارآمدتر است.
14. پاسخ التهابی: روش‌های ترانسفکشن معمولاً پاسخ التهابی را القا نمی‌کنند زیرا شامل اجزای ویروسی نمی‌شوند. انتقال ممکن است یک پاسخ التهابی را به دلیل وجود ذرات ویروسی ایجاد کند.
15. سهولت استفاده: روش‌های ترانسفکشن نسبتاً ساده هستند و به حداقل تجهیزات تخصصی نیاز دارند. تکنیک‌های ترانسدوشن شامل ناقل‌های ویروسی به روش‌های پیچیده‌تر و امکانات تخصصی‌تری نیاز دارند.
16. هزینه: روش‌های ترانسفکشن معمولاً هزینه کمتری دارند زیرا شامل استفاده از ناقل‌های ویروسی نمی‌شوند. تکنیک‌های ترانسدوشن به دلیل تولید و خالص‌سازی ذرات ویروسی می‌توانند پرهزینه‌تر باشند.
17. بازه زمانی: ترانسفکشن را می توان در بازه زمانی کوتاه تری در مقایسه با ترانسداکشن انجام داد که شامل مراحل اضافی مانند ساخت وکتور، بسته بندی و خالص سازی است.

نکاتی برای اجرای موفقیت آمیز:

1. روش مناسب (ترانسفکشن یا انتقال) را بر اساس نیازهای آزمایشی و نوع سلول هدف خود انتخاب کنید.
2. شرایط ترانسفکشن را با آزمایش معرف‌های ترانسفکشن، غلظت‌ها و زمان‌های انکوباسیون مختلف بهینه کنید.
3. از اسیدهای نوکلئیک با کیفیت بالا برای به حداقل رساندن تخریب و به حداکثر رساندن کارایی انتقال استفاده کنید.
4. در انجام آزمایش‌های ترانسفکشن یا انتقال، تراکم و تلاقی سلول را در نظر بگیرید.
5. نسبت معرف DNA به ترانسفکشن را برای دستیابی به بهترین تعادل بین کارایی ترانسفکشن و زنده ماندن سلول بهینه کنید.
6. برای تعیین شرایط ترانسفکشن یا انتقال بهینه قبل از افزایش مقیاس، یک آزمایش آزمایشی انجام دهید.
7. اطمینان حاصل کنید که سلول های هدف در فاز رشد بهینه خود برای تحویل ژن کارآمد هستند.
8. از کنترل‌های مناسب مانند ترانسفکشن‌های ساختگی یا عفونت‌ها برای ارزیابی ویژگی اثرات مشاهده‌شده استفاده کنید.
9. سمیت سلولی بالقوه معرف های ترانسفکشن یا ناقل های ویروسی مورد استفاده را در نظر بگیرید و غلظت آنها را بهینه کنید.ngly.
10. برای ترانسفکشن، از DNA پلاسمید عاری از اندوتوکسین استفاده کنید تا از پاسخ های ایمنی احتمالی در سلول های ترانسفکت شده جلوگیری کنید.
11. تامین موفقیت آمیز مواد ژنتیکی را با استفاده از ژن ها یا نشانگرهای گزارشگر مناسب تأیید کنید.
12. هنگام انتخاب بین روش‌های انتقال ژن گذرا و پایدار، پایداری بیان ژن را در نظر بگیرید.
13. از دستورالعمل‌های ایمنی زیستی پیروی کنید و هنگام استفاده از ناقل‌های ویروسی برای آزمایش‌های انتقال، در یک محیط استریل کار کنید.
14. ناقل‌های ویروسی را در دمای مناسب نگهداری کنید و از تکرار چرخه‌های انجماد و ذوب برای حفظ عفونت‌پذیری خودداری کنید.
15. تیتر ویروسی را با تعیین تعدد بهینه عفونت (MOI) برای تحویل ژن کارآمد بهینه کنید.
16. هنگام انتخاب ناقل مناسب برای انواع یا بافت های سلولی خاص، حرکت ناقل های ویروسی مختلف را در نظر بگیرید.
17. با ادبیات و پروتکل‌های فعلی برای تکنیک‌های ترانسفکشن و ترانسداکشن به‌روز بمانید تا پیشرفت‌های جدید را در آزمایش‌های خود بگنجانید.