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支原體污染細胞的危害有多大

2016-10-19 15:23


細胞培養(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，沒有明顯的特征。那么，是不是支原體對細胞的影響就不大呢？

恰恰不是！支原體對細胞的危害比人們想象的要大得多。并進而對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，實在不能令人忽視。事實上，在培養(yǎng)基中支原體的數(shù)量很容易超過細胞，以1000:1的比例甚至更高3。支原體影響到培養(yǎng)細胞的幾乎每一個方面。細胞不再像以往它們所應(yīng)該表現(xiàn)的那樣。例如，支原體會和宿主細胞競爭營養(yǎng)，改變細胞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)細胞染色體改變，改變細胞膜抗原結(jié)構(gòu)等。其結(jié)果是細胞增殖受到抑制，細胞死亡增加，DNA發(fā)生片段化，產(chǎn)生類似凋亡的形態(tài)特征5。

有人列表總結(jié)出支原體對細胞產(chǎn)生的一系列影響（見表1）1,7。

表1：支原體導(dǎo)致的細胞改變

細胞代謝

DNA、RNA和蛋白合成

培養(yǎng)基營養(yǎng)的攝取，特別是氨基酸和核酸前體

ATP水平

細胞性能

酶活性與酶表達量

生長速率、存活率和培養(yǎng)效率

膜結(jié)構(gòu)組成，受體表達、結(jié)合和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

核酸合成導(dǎo)致的非整倍體和其他染色體的畸變

巨噬細胞和淋巴細胞活化和增殖反應(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)并不同時發(fā)生，但單就個別效應(yīng)看，其影響也是驚人的。例如，支原體的過度生長可導(dǎo)致細胞培養(yǎng)液營養(yǎng)的損失和真核細胞不可逆的損傷。很早就有人指出，支原體存在的精氨酸脫亞胺酶以及對生長培養(yǎng)基的攝取和耗竭，能抑制細胞增殖，并誘導(dǎo)細胞系凋亡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)致真核細胞生長速率異常，細胞活力下降，貼壁細胞從培養(yǎng)容器表面脫離，以及細胞出現(xiàn)顆粒物。另外，染色體畸變也會發(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胞的DNA和RNA1。 另發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵支原體可引發(fā)單核細胞系DNA的片段化和染色體DNA的丟失，這種殺細胞效應(yīng)進一步導(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到了支原體給細胞帶來的幾百種基因表達的改變,包括編碼受體、離子通道、生長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等免疫細胞的受體識別。TLR與抗原結(jié)合后，可激活NF-kB途徑，進一步導(dǎo)致細胞活化，并偏離最終的實驗結(jié)果。

支原體造成的細胞污染，其副作用除了帶來個人的尷尬和生物安全的風險外，還包括損失時間、金錢、寶貴的細胞和發(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)生了負面影響。因此，各國FDA都制定了關(guān)于支原體檢測的指南和條令。


從上面可以看出，支原體帶來的負面結(jié)果實在不容忽視。因此，建立正確的支原體防治和檢測對于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)工作者來說，是非常重要的。

參考文獻：

（1）Bionique? Testing Laboratories網(wǎng)站 http://www.bionique.com/mycoplasma-resources/faq/consequences-of-mycoplasma-contamination.html

（2）Fenske JD, Kenny GE.Role of arginine deiminase in growth of Mycoplasma hominis. J Bacteriol. 1976 Apr;126(1):501-10.

（3）Shlomo Rottem, Michael F.Barile. Beware of mycoplasmas.Trends in Biotechnology. 1993,11(4) :143–151

(4) Miller CJ. et al., 2003. Mycoplasma infection significantly alters microarray gene expression profiles. Biotechniques. 35(4):812-4

(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