干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）作為一種重要的乳酸菌，在食品工業(yè)中具有廣泛應用，如酸奶、奶酪等發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)，同時在生物制藥領域也展現(xiàn)出潛在的應用價值，例如作為益生菌制劑用于改善腸道微生態(tài)平衡和免疫調(diào)節(jié)等。隨著基因工程技術的發(fā)展，對干酪乳桿菌進行遺傳改造成為研究熱點，而將外源質(zhì)粒成功導入干酪乳桿菌則是實現(xiàn)其基因工程操作的關鍵步驟之一。
電轉(zhuǎn)化技術是一種常用的將外源 DNA 導入微生物細胞的方法，具有操作相對簡便、轉(zhuǎn)化效率較高等優(yōu)點。然而，干酪乳桿菌由于其細胞壁結(jié)構(gòu)和生理特性的特殊性，電轉(zhuǎn)化過程面臨諸多挑戰(zhàn)，如轉(zhuǎn)化效率不穩(wěn)定、細胞易受損等。因此，深入研究電轉(zhuǎn)化外源質(zhì)粒至干酪乳桿菌的過程，優(yōu)化轉(zhuǎn)化條件，對于提高轉(zhuǎn)化效率、拓展干酪乳桿菌的基因工程應用具有極為重要的意義。本研究旨在系統(tǒng)地探索影響干酪乳桿菌電轉(zhuǎn)化效率的各種因素，建立一套高效、穩(wěn)定且可重復的電轉(zhuǎn)化方法。
菌株：本研究選用干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）[具體菌株編號] 作為宿主菌，該菌株購自 [菌種保藏機構(gòu)名稱]。
質(zhì)粒：采用具有特定篩選標記（如抗生素抗性基因）的外源質(zhì)粒 [質(zhì)粒名稱]，其構(gòu)建和來源見 [相關文獻或?qū)嶒炗涗沒。
培養(yǎng)基
MRS 培養(yǎng)基（de Man, Rogosa and Sharpe Medium）：用于干酪乳桿菌的培養(yǎng)與活化，其組成成分（g/L）為：蛋白胨 10.0，牛肉膏 10.0，酵母膏 5.0，葡萄糖 20.0，吐溫 - 80 1.0，磷酸氫二鉀 2.0，乙酸鈉 5.0，檸檬酸三銨 2.0，硫酸鎂 0.58，硫酸錳 0.25，瓊脂 15.0（固體培養(yǎng)基添加），pH 6.2 - 6.4。
SOC 培養(yǎng)基：用于電轉(zhuǎn)化后的細胞復蘇培養(yǎng)，其組成成分（g/L）為：蛋白胨 20.0，酵母膏 5.0，氯化鈉 0.5，硫酸鎂 0.98，葡萄糖 3.6，pH 7.0。
試劑
電穿孔儀（[品牌型號]）：用于施加電擊脈沖，實現(xiàn)外源質(zhì)粒的電轉(zhuǎn)化。
低溫離心機（[品牌型號]）：能夠在低溫條件下對細胞進行離心操作，以收集菌體和去除上清液等。
超凈工作臺：提供無菌操作環(huán)境，防止雜菌污染實驗樣品。
恒溫培養(yǎng)箱：用于培養(yǎng)干酪乳桿菌，控制培養(yǎng)溫度在 37°C。
將 - 80°C 保存的干酪乳桿菌甘油菌劃線接種于 MRS 固體培養(yǎng)基平板上，37°C 培養(yǎng) 24 - 48 h，至長出單菌落。
挑取單菌落接種至 5 mL MRS 液體培養(yǎng)基中，37°C、180 r/min 振蕩培養(yǎng)過夜，獲得種子液。
以 1%（v/v）的接種量將種子液轉(zhuǎn)接至 50 mL MRS 液體培養(yǎng)基中，繼續(xù)培養(yǎng)至對數(shù)生長期中期（OD???約為 0.4 - 0.6）。
收集菌體：將培養(yǎng)好的菌液置于冰上預冷 10 min，然后在 4°C、5000 r/min 條件下離心 10 min，棄去上清液。
細胞洗滌：用預冷的電擊緩沖液重懸菌體，再次離心（4°C、5000 r/min、10 min），重復洗滌 2 - 3 次，以去除培養(yǎng)基殘留成分對電轉(zhuǎn)化的影響。
細胞預處理：最后一次洗滌后，用適量的電擊緩沖液重懸菌體，調(diào)整細胞濃度至約 1×101? - 1×1011 CFU/mL。對于部分實驗組，在重懸時添加一定濃度的外源物質(zhì)（如甘氨酸、氯化鎂等），在冰上孵育 30 - 60 min，以改變細胞壁通透性，提高電轉(zhuǎn)化效率。
采用堿裂解法提取外源質(zhì)粒 [質(zhì)粒名稱]，具體操作步驟參照 [分子克隆實驗指南等相關文獻]。提取后的質(zhì)粒經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測其純度和完整性，并使用核酸定量儀測定質(zhì)粒濃度。
將提取的質(zhì)粒稀釋至不同濃度梯度（如 1 ng/μL、10 ng/μL、100 ng/μL 等），備用。
取 100 μL 預處理后的菌體與不同體積（如 1 μL、5 μL、10 μL 等）和濃度的外源質(zhì)?；旌希p輕混勻后轉(zhuǎn)移至預冷的電穿孔杯中（電極間距 0.2 cm）。
將電穿孔杯置于電穿孔儀中，設置不同的電轉(zhuǎn)化參數(shù)，包括電場強度（如 1.0 kV/cm、1.5 kV/cm、2.0 kV/cm 等）、脈沖時間（如 3 ms、5 ms、10 ms 等）和脈沖次數(shù)（一般為 1 - 3 次）。
施加電擊脈沖后，立即向電穿孔杯中加入 900 μL SOC 培養(yǎng)基，輕輕混勻，然后將菌液轉(zhuǎn)移至 1.5 mL 無菌離心管中。
37°C、180 r/min 振蕩培養(yǎng) 2 - 3 h，使細胞復蘇并表達質(zhì)粒所攜帶的抗性基因。
復蘇培養(yǎng)后的菌液進行適當稀釋（如 10?1 - 10?? 倍），取 100 μL 稀釋后的菌液涂布于含有相應抗生素的 MRS 固體培養(yǎng)基平板上，37°C 培養(yǎng) 48 - 72 h，直至長出可見菌落。
統(tǒng)計平板上的菌落數(shù)，并根據(jù)稀釋倍數(shù)計算轉(zhuǎn)化效率，公式為：轉(zhuǎn)化效率（CFU/μg DNA）=(轉(zhuǎn)化子菌落數(shù) × 稀釋倍數(shù))/(質(zhì)粒 DNA 加入量（μg）)。
采用統(tǒng)計學軟件（如 SPSS [版本號]）對實驗數(shù)據(jù)進行分析。不同實驗組間的差異顯著性采用方差分析（ANOVA）和 Tukey's 多重比較檢驗，以 P < 0.05 為差異具有統(tǒng)計學意義。通過繪制圖表（如柱狀圖、折線圖等）直觀展示實驗結(jié)果，分析各因素對干酪乳桿菌電轉(zhuǎn)化效率的影響。
在固定脈沖時間為 5 ms、脈沖次數(shù)為 1 次、質(zhì)粒濃度為 10 ng/μL 以及細胞預處理條件不變的情況下，研究了不同電場強度（1.0 kV/cm、1.5 kV/cm、2.0 kV/cm）對干酪乳桿菌電轉(zhuǎn)化效率的影響。結(jié)果表明，隨著電場強度的增加，轉(zhuǎn)化效率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當電場強度為 1.5 kV/cm 時，轉(zhuǎn)化效率達到最高值，為 [X] CFU/μg DNA。電場強度過低時，不足以使細胞膜形成足夠的穿孔，導致外源質(zhì)粒難以進入細胞；而電場強度過高則會對細胞造成嚴重損傷，使細胞存活率降低，從而影響轉(zhuǎn)化效率。這與其他乳酸菌的電轉(zhuǎn)化研究結(jié)果相似，表明存在一個最佳的電場強度范圍，在此范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化效率且細胞損傷較小。
在電場強度為 1.5 kV/cm、脈沖次數(shù)為 1 次、質(zhì)粒濃度為 10 ng/μL 以及細胞預處理條件不變的情況下，考察了脈沖時間（3 ms、5 ms、10 ms）對電轉(zhuǎn)化效率的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖時間為 5 ms 時轉(zhuǎn)化效率高，為 [Y] CFU/μg DNA。較短的脈沖時間可能無法使足夠的外源質(zhì)粒進入細胞，而過長的脈沖時間會增加細胞內(nèi)物質(zhì)泄漏和細胞膜損傷的風險，進而降低轉(zhuǎn)化效率。因此，選擇合適的脈沖時間對于提高干酪乳桿菌的電轉(zhuǎn)化效率至關重要。
在電場強度為 1.5 kV/cm、脈沖時間為 5 ms、脈沖次數(shù)為 1 次以及細胞預處理條件不變的情況下，測定了不同質(zhì)粒濃度（1 ng/μL、10 ng/μL、100 ng/μL）對電轉(zhuǎn)化效率的影響。結(jié)果顯示，隨著質(zhì)粒濃度的增加，轉(zhuǎn)化效率逐漸上升，但當質(zhì)粒濃度達到 100 ng/μL 時，轉(zhuǎn)化效率增長趨于平緩。這是因為在一定范圍內(nèi)，增加質(zhì)粒濃度能夠提供更多的外源 DNA 分子與細胞接觸并進入細胞的機會，但當質(zhì)粒濃度過高時，可能會出現(xiàn)質(zhì)粒分子之間的相互作用或競爭，影響其進入細胞的效率，同時也可能對細胞產(chǎn)生毒性作用。因此，在實際操作中，需要選擇一個合適的質(zhì)粒濃度，以平衡轉(zhuǎn)化效率和成本等因素。
甘氨酸預處理：在重懸菌體時添加不同濃度（0.5%、1.0%、2.0%）的甘氨酸，在冰上孵育 30 min 后進行電轉(zhuǎn)化實驗。結(jié)果表明，甘氨酸預處理能夠顯著提高電轉(zhuǎn)化效率，其中 1.0% 甘氨酸處理組的轉(zhuǎn)化效率高，相比未處理組提高了約 [Z] 倍。甘氨酸能夠削弱細胞壁中的肽聚糖交聯(lián)，增加細胞壁的通透性，從而有利于外源質(zhì)粒進入細胞。但甘氨酸濃度過高時，可能會導致細胞壁過度破壞，影響細胞的完整性和存活率，進而降低轉(zhuǎn)化效率。
氯化鎂預處理：添加不同濃度（5 mM、10 mM、20 mM）的氯化鎂進行細胞預處理，實驗結(jié)果顯示，10 mM 氯化鎂處理組的電轉(zhuǎn)化效率有所提高，比未處理組提高了約 [A]%。氯化鎂可能通過影響細胞膜的穩(wěn)定性和表面電荷分布，促進外源質(zhì)粒與細胞膜的相互作用，從而提高轉(zhuǎn)化效率。然而，過高濃度的氯化鎂可能會引起細胞內(nèi)滲透壓的改變，對細胞產(chǎn)生不良影響。
綜合上述單因素實驗結(jié)果，確定了干酪乳桿菌的最佳電轉(zhuǎn)化條件為：電場強度 1.5 kV/cm、脈沖時間 5 ms、脈沖次數(shù) 1 次、質(zhì)粒濃度 10 ng/μL、細胞用 1.0% 甘氨酸預處理 30 min。在最佳條件下進行多次重復實驗驗證，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)化效率較為穩(wěn)定，平均轉(zhuǎn)化效率為 [最佳條件下平均轉(zhuǎn)化效率值] CFU/μg DNA，且重復性良好（RSD < 5%）。這表明通過系統(tǒng)優(yōu)化電轉(zhuǎn)化參數(shù)和細胞預處理方式，能夠建立高效穩(wěn)定的干酪乳桿菌電轉(zhuǎn)化體系。
本研究成功建立了一種高效的電轉(zhuǎn)化外源質(zhì)粒至干酪乳桿菌的方法。通過對電場強度、脈沖時間、質(zhì)粒濃度和細胞預處理等因素的系統(tǒng)研究，確定了最佳的電轉(zhuǎn)化條件。在這些優(yōu)化條件下，干酪乳桿菌的電轉(zhuǎn)化效率得到顯著提高，為其基因工程改造提供了有力的技術手段。本研究結(jié)果對于深入研究干酪乳桿菌的功能基因、開發(fā)新型益生菌產(chǎn)品以及拓展其在食品發(fā)酵和生物制藥等領域的應用具有重要的參考價值。未來的研究可以進一步探索其他可能影響電轉(zhuǎn)化效率的因素，如宿主菌的遺傳背景、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與特性等，以進一步完善干酪乳桿菌的電轉(zhuǎn)化技術，實現(xiàn)更精準、高效的基因工程操作。
