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支原體污染細(xì)胞的危害有多大

2016-10-19 15:23


細(xì)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(duì)細(xì)胞的影響就不大呢？

恰恰不是！支原體對(duì)細(xì)胞的危害比人們想象的要大得多。并進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，實(shí)在不能令人忽視。事實(shí)上，在培養(yǎng)基中支原體的數(shù)量很容易超過(guò)細(xì)胞，以1000:1的比例甚至更高3。支原體影響到培養(yǎng)細(xì)胞的幾乎每一個(gè)方面。細(xì)胞不再像以往它們所應(yīng)該表現(xiàn)的那樣。例如，支原體會(huì)和宿主細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)，改變細(xì)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(xì)胞染色體改變，改變細(xì)胞膜抗原結(jié)構(gòu)等。其結(jié)果是細(xì)胞增殖受到抑制，細(xì)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(duì)細(xì)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(xì)胞改變

細(xì)胞代謝

DNA、RNA和蛋白合成

培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)的攝取，特別是氨基酸和核酸前體

ATP水平

細(xì)胞性能

酶活性與酶表達(dá)量

生長(zhǎng)速率、存活率和培養(yǎng)效率

膜結(jié)構(gòu)組成，受體表達(dá)、結(jié)合和信號(hào)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(xì)胞和淋巴細(xì)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(shí)發(fā)生，但單就個(gè)別效應(yīng)看，其影響也是驚人的。例如，支原體的過(guò)度生長(zhǎng)可導(dǎo)致細(xì)胞培養(yǎng)液營(yíng)養(yǎng)的損失和真核細(xì)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(duì)生長(zhǎng)培養(yǎng)基的攝取和耗竭，能抑制細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)細(xì)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(lái)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(xì)胞生長(zhǎng)速率異常，細(xì)胞活力下降，貼壁細(xì)胞從培養(yǎng)容器表面脫離，以及細(xì)胞出現(xiàn)顆粒物。另外，染色體畸變也會(huì)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(xì)胞的DNA和RNA1。 另發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵支原體可引發(fā)單核細(xì)胞系DNA的片段化和染色體DNA的丟失，這種殺細(xì)胞效應(yīng)進(jìn)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(cè)到了支原體給細(xì)胞帶來(lái)的幾百種基因表達(dá)的改變,包括編碼受體、離子通道、生長(zhǎng)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(xì)胞的受體識(shí)別。TLR與抗原結(jié)合后，可激活NF-kB途徑，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞活化，并偏離最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

支原體造成的細(xì)胞污染，其副作用除了帶來(lái)個(gè)人的尷尬和生物安全的風(fēng)險(xiǎn)外，還包括損失時(shí)間、金錢、寶貴的細(xì)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(duì)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(fù)面影響。因此，各國(guó)FDA都制定了關(guān)于支原體檢測(cè)的指南和條令。


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

參考文獻(xiàn)：

（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