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大腸桿菌表達系統中,常用的表達菌株在功能特性上有何核心差異??

日期:2025-10-20 15:52:41

    大腸桿菌實驗的關鍵分工點,選對菌株直接影響實驗效率。BL21和DH5α的核心差異在于功能定位完全不同,BL21是專門用于外源蛋白表達的菌株,而DH5α是專門用于質粒克隆與擴增的菌株,兩者的基因型和用途有明確界限,不能互相替代。

一、核心功能定位:表達與克隆的明確分工
1、BL21(及衍生菌株)的功能定位
    核心作用是高效合成外源蛋白,是蛋白表達的“生產車間”。它的設計初衷就是為了讓轉入的表達質粒(如pET系列)能大量產出目標蛋白,后續可用于蛋白純化、活性檢測等實驗。
    比如實驗需要獲得重組酶、抗體片段等蛋白時,必須用BL21這類表達菌株。
 
2、DH5α的功能定位
    核心作用是構建重組質粒和擴增質粒,是質粒的“復制工廠”。它主要用于將目的基因與載體連接后,篩選陽性重組子、大量繁殖質粒,為后續轉染BL21提供高質量的質粒模板。
    比如實驗需要構建新的重組表達載體,或需要提取高濃度質粒時,必須用DH5α這類克隆菌株。
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二、基因型差異:決定功能特性的關鍵
    兩者的基因設計差異,直接導致了功能分化,主要體現在三個關鍵基因上:
 
1、限制修飾與質粒保護相關基因
    BL21:缺失“endA1”基因,該基因編碼的核酸酶會降解質粒,缺失后能減少質粒降解,保證表達過程中質粒穩定;但通常不缺失限制酶相關基因,若用于克隆可能切割外源DNA。
    DH5α:除了缺失“endA1”基因保護質粒,還缺失“hsdR17”基因(限制酶缺陷),不會切割轉入的外源重組質粒,同時攜帶“lacZΔM15”基因,能配合pUC系列質粒做藍白斑篩選,快速挑出重組子。
 
2、蛋白酶系統相關基因
    BL21(尤其是衍生株如BL21(DE3)):缺失“ompT”和“lon”蛋白酶基因,這兩種蛋白酶會降解表達出的外源蛋白,缺失后能顯著減少目標蛋白降解,提高回收率。
    DH5α:不缺失任何蛋白酶基因,若用于表達,產出的外源蛋白會被菌體蛋白酶快速分解,幾乎得不到有效產物。
 
3、表達相關特殊基因
    BL21衍生株(如BL21(DE3)):染色體上整合了T7RNA聚合酶基因,該基因受lac啟動子調控,能精準響應IPTG誘導,配合pET系列質粒(含T7啟動子)實現高效表達,這是它能高量產蛋白的核心原因。
    DH5α:沒有任何表達相關的特殊基因,缺乏高效轉錄外源基因的“機器”,即使轉入表達質粒,蛋白表達量也極低。
 
三、實際應用場景:流程中的配合使用
    在完整的“質粒構建→蛋白表達”實驗中,兩者通常是“接力配合”的關系:
 
1、DH5α的應用流程
    第一步,將目的基因與表達載體連接,得到重組質粒;
    第二步,把重組質粒轉入DH5α,涂布抗性平板,通過藍白斑篩選挑出陽性克隆;
    第三步,培養陽性克隆,提取高濃度、高質量的重組質粒(因endA1缺陷,質粒不易降解)。
 
2、BL21的應用流程
    第一步,將DH5α中提取的重組質粒轉入BL21(DE3)(最常用的表達衍生株);
    第二步,挑取單克隆培養至對數期,加IPTG誘導目標蛋白表達;
    第三步,收集菌體、裂解細胞,純化目標蛋白(因蛋白酶缺陷,蛋白降解少,純度和產量更高)。
 
四、關鍵選擇原則
    做質粒構建、篩選重組子、擴增質粒:只能選DH5α(或同類克隆菌株如JM109),不能用BL21。
    做外源蛋白表達、純化:只能選BL21系列(優先BL21(DE3),若表達有毒性蛋白可選BL21(DE3)pLysS),不能用DH5α。
    絕對避免混淆使用,否則會導致“克隆效率低”或“蛋白表達量為零”的問題。

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