大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)中，常用的表達(dá)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(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵分工點(diǎn)，選對菌株直接影響實(shí)驗(yàn)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(dá)的菌株，而DH5α是專門用于質(zhì)?？寺∨c擴(kuò)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(dá)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(dá)的“生產(chǎn)車間”。它的設(shè)計(jì)初衷就是為了讓轉(zhuǎn)入的表達(dá)質(zhì)粒（如pET系列）能大量產(chǎn)出目標(biāo)蛋白，后續(xù)可用于蛋白純化、活性檢測等實(shí)驗(yàn)。

比如實(shí)驗(yàn)需要獲得重組酶、抗體片段等蛋白時(shí)，必須用BL21這類表達(dá)菌株。

2、DH5α的功能定位

核心作用是構(gòu)建重組質(zhì)粒和擴(kuò)增質(zhì)粒，是質(zhì)粒的“復(fù)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(zhì)粒，為后續(xù)轉(zhuǎn)染BL21提供高質(zhì)量的質(zhì)粒模板。

比如實(shí)驗(yàn)需要構(gòu)建新的重組表達(dá)載體，或需要提取高濃度質(zhì)粒時(shí)，必須用DH5α這類克隆菌株。

二、基因型差異：決定功能特性的關(guān)鍵

兩者的基因設(shè)計(jì)差異，直接導(dǎo)致了功能分化，主要體現(xiàn)在三個(gè)關(guān)鍵基因上：

1、限制修飾與質(zhì)粒保護(hù)相關(guān)基因

BL21：缺失“endA1”基因，該基因編碼的核酸酶會降解質(zhì)粒，缺失后能減少質(zhì)粒降解，保證表達(dá)過程中質(zhì)粒穩(wěn)定；但通常不缺失限制酶相關(guān)基因，若用于克隆可能切割外源DNA。

DH5α：除了缺失“endA1”基因保護(hù)質(zhì)粒，還缺失“hsdR17”基因（限制酶缺陷），不會切割轉(zhuǎn)入的外源重組質(zhì)粒，同時(shí)攜帶“lacZΔM15”基因，能配合pUC系列質(zhì)粒做藍(lán)白斑篩選，快速挑出重組子。

2、蛋白酶系統(tǒng)相關(guān)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(dá)出的外源蛋白，缺失后能顯著減少目標(biāo)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(dá)，產(chǎn)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(chǎn)物。

3、表達(dá)相關(guān)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(diào)控，能精準(zhǔn)響應(yīng)IPTG誘導(dǎo)，配合pET系列質(zhì)粒（含T7啟動子）實(shí)現(xiàn)高效表達(dá)，這是它能高量產(chǎn)蛋白的核心原因。

DH5α：沒有任何表達(dá)相關(guān)的特殊基因，缺乏高效轉(zhuǎn)錄外源基因的“機(jī)器”，即使轉(zhuǎn)入表達(dá)質(zhì)粒，蛋白表達(dá)量也極低。

三、實(shí)際應(yīng)用場景：流程中的配合使用

在完整的“質(zhì)粒構(gòu)建→蛋白表達(dá)”實(shí)驗(yàn)中，兩者通常是“接力配合”的關(guān)系：

1、DH5α的應(yīng)用流程

  第一步，將目的基因與表達(dá)載體連接，得到重組質(zhì)粒；
  第二步，把重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入DH5α，涂布抗性平板，通過藍(lán)白斑篩選挑出陽性克?。?/span>
  第三步，培養(yǎng)陽性克隆，提取高濃度、高質(zhì)量的重組質(zhì)粒（因endA1缺陷，質(zhì)粒不易降解）。

2、BL21的應(yīng)用流程

  第一步，將DH5α中提取的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入BL21(DE3)（最常用的表達(dá)衍生株）；
  第二步，挑取單克隆培養(yǎng)至對數(shù)期，加IPTG誘導(dǎo)目標(biāo)蛋白表達(dá)；
  第三步，收集菌體、裂解細(xì)胞，純化目標(biāo)蛋白（因蛋白酶缺陷，蛋白降解少，純度和產(chǎn)量更高）。

四、關(guān)鍵選擇原則

做質(zhì)粒構(gòu)建、篩選重組子、擴(kuò)增質(zhì)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(dá)、純化：只能選BL21系列（優(yōu)先BL21(DE3)，若表達(dá)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(dǎo)致“克隆效率低”或“蛋白表達(dá)量為零”的問題。