內容簡介
《生命科學實驗指南係列:精編細胞生物學實驗指南》內容翔實全麵,主要包括:細胞培養、細胞的製備與分離、亞細胞組分分離和細胞器分離、抗體、顯微鏡技術、細胞蛋白質的特性、電泳與免疫印跡、蛋白標記和免疫沉澱、蛋白質的磷酸化作用、蛋白質轉運,以及細胞增殖、衰老和死亡、體外重建、細胞黏附和細胞外基質、細胞的能動性、細胞器運動。全書還附有各種實用信息和數據,包括試劑與溶液的配製、細胞生物學研究中常用的藥物概要和各種常用技術的介紹等。
內頁插圖
目錄
譯者序
前言
第1章 細胞培養
單元1.1 哺乳動物細胞培養的基本方法
基本方案單層細胞的胰酶消化和傳代
備擇方案懸浮培養的細胞傳代
支持方案1 人單層貼壁細胞的凍存
支持方案2 懸浮細胞的凍存
支持方案3 人細胞係的解凍與復蘇
支持方案4 用血細胞計數闆和颱盼藍染色法測定細胞數目及活性
支持方案5 細胞運輸的準備
單元1.2 適於哺乳動物細胞的培養基
基本方案1 製備含血清的培養基
基本方案2 製備血清減量或無血清培養基
基本方案3 HAT選擇培養基的製備
基本方案4 轉化細胞在軟瓊脂中的生長
支持方案1 培養基中pH的調節
支持方案2 抗生素在培養基中的應用
單元1.3 細胞培養的無菌技術
基本方案1 無菌技術
基本方案2 層流式超淨颱的使用
單元1.4 滅菌和過濾
基本方案1 液體的高壓滅菌
備擇方案乾燥物品的高壓消毒
基本方案2 乾熱滅菌和清除熱原法
基本方案3 消毒劑的應用:70%乙醇
溶液的過濾除菌
基本方案4 真空過濾
基本方案5 小體積非水溶性液體的正壓過濾
單元1.5 確定和控製細胞培養的微生物汙染
基本方案1 細菌和真菌汙染的檢測
基本方案2 直接培養法檢測支原體汙染
基本方案3 應用抗生素控製微生物汙染
單元1.6 酵母培養及培養基
培養基的製備
酵母培養的綜閤考慮
第2章 細胞的製備與分離
單元2.1 成縴維細胞培養的建立
基本方案
單元2.2 人淋巴細胞的製備和培養
基本方案1 通過高分子質量的蔗糖一泛影鈉(Ficoll-Hypaque)梯度離心製備淋巴細胞
基本方案2 從淋巴細胞群裏製備單核/巨噬細胞和樹突狀細胞
基本方案3 通過包被在磁珠錶麵的單剋隆抗體分選T細胞和B細胞
單元2.3 人臍靜脈內皮細胞的製備
基本方案
單元2.4 轉染EB病毒産生永生的B細胞株
基本方案
單元2.5 激光捕獲顯微切割
基本方案從組織切片中分離一種純的細胞群
支持方案蘇木素和伊紅染色組織的激光顯微切割
第3章 亞細胞組分分離和細胞器分離
單元3.1 細胞組分分離概述
單元3.2 分離大鼠肝細胞質膜片層與漿膜結構域
基本方案1 分離質膜片層
支持方案1 檢測堿性磷酸二酯酶I的活性
基本方案2 分離質膜結構域
支持方案2 K+激活的對硝基苯酚磷酸酯酶活性測定實驗
支持方案3 5'-核苷酸酶活性測定實驗
支持方案4 間接免疫熒光法檢測與質膜片層相連的蛋白質
單元3.3 利用差速及密度梯度離心法從組織和細胞中分離Golgi膜
基本方案1 利用蔗糖密度篩從大鼠肝髒中快速分離Golgi膜
基本方案2 將大鼠肝髒提取的輕綫粒體組分懸浮於非連續的蔗糖梯度液中來分離Golgi膜
基本方案3 將培養的細胞懸浮於非連續的蔗糖梯度液中來分離Golgi膜
基本方案4 用自發形成梯度的IODIXANOL梯度液從肝細胞微粒體組分中分離Golgi膜
支持方案 測定UDP-半乳糖半乳糖基轉移酶
單元3.4 利用差速離心及密度梯度離心從組織及細胞中分離溶酶體
基本方案1 使用自發形成梯度的PERCOLL梯度液從大鼠肝髒中分離溶酶體
基本方案2 利用自發形成梯度的PERCOLL梯度液從培養的人HL-60細胞中分離溶酶體
支持方案1 酸性磷酸酶的測定
……
第4章 細胞生物學研究的工具——抗體
第5章 顯微鏡術
第6章 細胞蛋白質的特性
第7章 電泳與免疫印跡
第8章 蛋白標記和免疫沉澱
第9章 蛋白質的磷酸化作用
第10章 蛋白質轉運
第11章 細胞增值,細胞衰老和細胞死亡
第12章 體外重建
第13章 細胞黏附與細胞外基質
第14章 細胞的能動性
第15章 細胞器運動
附錄
參考文獻
索引
前言/序言
細胞生物學的研究體係日益擴大。要想領略這種擴展,途徑之一便是去參加本領域的重要會議,諸如美國細胞生物學學會(American Society for CellBiology)的年會。你可以悠閑地漫步於大廳的展闆區,甚至於都不必駐足於某一版麵,就可以深刻感受到細胞生物學範疇之遼闊。對於那些在過去一二十年間經常光顧這種展廳的人們來說,細胞生物學的這種動態態勢以及這種爆發性的發展是毫不奇怪的——在愈來愈多的研究體係中隻能是愈來愈多。以往展闆區域主要由細胞的畫麵主宰,這些細胞都經由電子顯微鏡學傢的固定(很呆闆地),並且隻是以黑白兩色顯示齣來。雖然電子顯微鏡目前對於我們瞭解細胞構築仍然有貢獻,但新近展闆區已齣現一排排活細胞的電腦增晰視頻影像(computer-enhanced video images),這些細胞均經過不完全活性染色纔顯示,諸如羅丹明紅(rhodamine red)、熒光素綠(fluorescein green)以及被稱作綠色熒光蛋白的特異綠色等。冰凍蝕刻的加入則以冷凍定幀法(freeze frame)來展現細胞。此外在視頻影像間還散在有另一些展闆,它們詳細記錄瞭眾多細胞成分的分子特徵。還有一些展闆報道瞭用基因削減或基因敲除顯示的有關它們功能的新近發現。正如羅盤的星點有其應有的位置一樣,酵母、果蠅和蠕蟲的遺傳學研究興旺於一方,而在細胞生物學基礎研究和臨床醫學之間架設橋梁的研究也在另一方不斷地湧現。
很顯然,今天稱自己為細胞生物學傢的科學傢乃是一個多學科群體,這種多學科性質隱藏著巨大的學術價值。那些曾經將研究學科分隔開來的邊界如今已逐漸消失,細胞生物學傢也已贊同沒有哪一種單獨的途徑可以揭開細胞的奧秘。新技術和新技術學隨著試驗成真並肩而至,並且用作細胞生物學在本領域開拓的工具。正是細胞生物學的這一麵目的變化以及其代錶巨大挑戰的方法學共同促成瞭《精編細胞生物學實驗指南》的問世。本書要闡述的一個基本問題是,在細胞生物學領域裏應在何處劃齣其邊界。我們的決定是拒絕劃齣這種邊界,因為它們完全是人為的,並且,糟糕的是,會産生反效果。相反,我們企圖努力彌閤該領域的多樣性。本指南要包括那些對細胞生物學傢仍有價值的“經典的”方法,也要提供旨在成為今後之經典的程序。
我們沒有理由懷疑細胞生物學的研究領域隨時都會很快地停滯。事實上,一名細胞生物學傢之所以激勵不已,部分地齣於革新和新發現所帶來的不間斷的驚奇。為此,我們這一專業需要一些可靠的、便於使用的,而且還要反映齣該領域擴展的實驗方法學的資料。為瞭符閤這一要求,我們收集瞭覆蓋細胞生物學眾多方麵的一係列實驗方案,雖然這一套方案還不完全,但可以認為它是一個“初學者工具箱”,包括有許許多多我們這一專業中最常用和必需的工具。
精選生物技術前沿:基於分子調控的係統生物學方法與應用 本書匯集瞭當前生命科學研究中,尤其是在分子機製解析與係統整閤層麵最具影響力的前沿實驗技術與理論框架。它並非聚焦於某一特定學科的經典實驗操作手冊,而是以跨學科的視角,深入探討如何利用先進的分子工具來理解復雜的生物係統,並將其應用於疾病模型構建與藥物研發。 第一部分:高分辨率分子成像與動態追蹤技術 本部分詳述瞭超越傳統熒光顯微鏡限製的成像策略,重點在於活細胞內分子事件的實時、高精度觀察。 1. 超分辨顯微成像(Super-Resolution Microscopy, SRM)的深度應用: 涵蓋STED(受激發射損耗)、PALM/STORM(光激活定位顯微)以及SIM(結構光照明顯微)的原理、優化參數設置及數據處理流程。特彆關注如何利用這些技術解析細胞器間相互作用的納米尺度結構,以及蛋白質復閤物的組裝動態。例如,深入討論瞭如何結閤SRM與FRET(熒光共振能量轉移)技術來定量測量膜上受體二聚化或寡聚化的親和力及其在信號傳導中的作用。 2. 多維活細胞成像與光遺傳學集成: 介紹如何將高通量時間序列成像與光控技術(如光敏通道或轉錄因子)相結閤,實現對細胞行為的精確時空乾預。內容包括設計最優化的光照方案以減少光毒性,以及如何利用深度學習算法對多通道、多時間點數據進行降噪和特徵提取,以揭示細胞周期調控的瞬態事件。 3. 活體組織與器官水平的分子探針開發: 側重於開發對特定生理狀態(如pH、氧化還原電位、鈣離子濃度波動)敏感的熒光或磁共振探針。詳細闡述瞭探針的分子設計原則、體內生物相容性測試以及共聚焦拉曼成像在監測代謝流嚮中的新興應用。 第二部分:組學技術在功能基因組學中的整閤應用 本部分強調如何利用多組學數據整閤,從基因組、轉錄組到蛋白質組、代謝組層麵,係統性地解析生物學功能。 1. 單細胞多組學分析的實驗優化: 詳述瞭單細胞RNA測序(scRNA-seq)、單細胞ATAC測序(scATAC-seq)及同步分析技術(如10x Genomics平颱或其他微流控平颱)的實驗流程優化。重點在於剋服細胞捕獲效率、文庫構建偏差以及批次效應的控製。內容延伸至如何設計高質量的對照組和稀有細胞群的富集策略。 2. 染色質高級結構與錶觀遺傳調控的動態研究: 深入探討基於高通量測序的互作技術(Hi-C、ChIA-PET)的實驗改進,特彆是針對低輸入樣本和特定組織的選擇性富集方法。更前沿的內容包括利用PRO-seq或NET-seq技術實時追蹤RNA聚閤酶的轉錄延伸速度,並結閤CRISPR乾擾(CRISPRi)技術來精確調控染色質可及性。 3. 蛋白質組學的高精度定量與相互作用網絡構建: 介紹瞭基於TMT/iTRAQ標記的定量蛋白質組學在探查信號通路激活或抑製後的蛋白豐度變化。著重講解如何設計靶嚮或非靶嚮的蛋白質-蛋白質相互作用(PPI)捕獲實驗(如AP-MS),以及利用高分辨率質譜解析後翻譯修飾(PTMs)的位點特異性及其對蛋白功能的影響。 第三部分:基因編輯與閤成生物學的係統構建 本部分聚焦於利用精確的分子工具實現對生命係統的重塑與改造,並評估這些改造的整體功能輸齣。 1. 新一代基因編輯係統的優化與遞送策略: 不僅僅停留在基礎的Cas9操作,而是深入探討瞭堿基編輯(Base Editing)和先導編輯(Prime Editing)的脫靶風險評估和體內外遞送係統的優化,如腺相關病毒(AAV)載體的衣殼選擇、脂質納米顆粒(LNP)的製備與靶嚮修飾。同時,討論瞭如何利用CRISPR篩選技術(如Drop-out screens或Synergistic screens)來發現新的功能性基因組區域。 2. 閤成基因迴路的構建與穩健性測試: 介紹瞭如何設計並構建具有特定邏輯功能(如振蕩器、開關、反饋迴路)的基因網絡。實驗部分側重於如何量化這些迴路的性能參數,如本底噪聲、開關延遲時間、穩態輸齣的精確度,並探討如何利用“黑盒模型”來預測復雜迴路在不同宿主環境中的錶現。 3. 細胞命運重編程的分子機製與效率提升: 詳細介紹瞭體外誘導多能乾細胞(iPSC)技術中的關鍵分子調控因子篩選。實驗環節重點分析瞭如何利用流式細胞術和單細胞分析技術來識彆並富集處於“重編程中間態”的細胞群,以及如何通過優化細胞培養基或引入小分子化閤物來加速和穩定重編程過程。 第四部分:復雜生物係統建模與數據整閤分析 本部分強調將實驗數據轉化為可預測的數學模型,實現對生物係統行為的深入理解。 1. 基於數據的動力學建模: 介紹如何將來自熒光衰減、酶促反應速率或細胞增殖麯綫的實驗數據,擬閤至常微分方程(ODE)或偏微分方程(PDE)模型中。重點講解如何利用貝葉斯推斷或MCMC方法來估計模型的關鍵動力學參數,並進行參數不確定性分析。 2. 網絡拓撲學分析在疾病信號傳導中的應用: 闡述瞭如何將PPI數據、基因錶達數據和磷酸化數據整閤構建功能性信號網絡。通過網絡分析(如中心性指標、模塊化分析),識彆在特定病理條件下(如癌癥或神經退行性疾病)最有可能成為潛在治療靶點的“樞紐”蛋白。 本書旨在為具有一定分子生物學基礎的研究人員提供一套係統性的、麵嚮前沿的實驗設計與數據解析的思維框架,而非僅僅是基礎操作的羅列,強調的是如何將多技術平颱無縫對接,以解決生命科學中最復雜的“係統性”問題。