细胞支原体污染原因、来源及预防措施

2010-02-06 23:00 · Adam

细胞株若受到细菌、真菌、支原体、或是特定病毒等之污染时,会严重的影响实验的结果。而细菌、真菌等之微生物污染时,较易自培养基等的外观变化察觉。但是若受到支原体之污染时,细胞之外观较无明显变化,但是其污染会造成细胞之生长速率缓慢、细胞产生病变之型态改变等等变化。 各国细胞库支原体污

细胞株若受到细菌、真菌、支原体、或是特定病毒等之污染时,会严重的影响实验的结果。而细菌、真菌等之微生物污染时,较易自培养基等的外观变化察觉。但是若受到支原体之污染时,细胞之外观较无明显变化,但是其污染会造成细胞之生长速率缓慢、细胞产生病变之型态改变等等变化。

各国细胞库支原体污染的统计表,如下:

国家  受支原体污染(%) 报告年度

USA-FDA 15 1993(past 30 years)

USA-ATCC 15-20 1992

Japan-(IFO,RIKEN,JCR 80~30~22 1981 1987-19931998

Germany-DSM 36 1990-1994

Argentina 65 1987

Israel 32 1986-1993

China 95 1990

造成支原体高污染率的原因为:

1.支原体size 0.1~0.8 um,无细胞壁,可透过一般过滤膜(0.22-0.45 um)

2.支原体污染时,没有明显的肉眼或一般光学显微镜可观察到的特征变化

3.过去缺乏简单、快速且可靠的检测方式

4.细胞流通间缺乏品管,造成实验室间的相互污染

5.研究或操作人员忽略污染问题

而支原体污染了来源:

1.已受污染的细胞

2.操作人员的疏失

3.已受污染的培养基、血清

4.操作环境不良、实验器具不洁等

由于支原体为人体口腔中之正常菌丛,实验室之操作人员的污染亦可能为污染源,须十分注意。而万一细胞已受支原体污染时,最佳的处理原则为将细胞高压灭菌后丢弃,以免污染其它洁净的细胞株。但是若是坚持要作去除支原体污染,有以下几种方法,只不过结果会与原始的细胞特性有差异。

去除支原体污染:

1. 抗生素处理:BM-cyclin(Roche),MRA(mycoplasma removal agent,ICN),Ciprofloxcin(Bayer),Enrofloxacin(Bayer)

2. Nucleic acid metabolites:5-bromouracil,Hoechst 33258,bromodeoxyuridine

3. Anti-sera

预防与控制方面可从以下各点加强注意:

G 设备方面:

1.使用已作支原体测试ok之细胞株

2.于另一隔离之区域操作未知是否有支原体污染之细胞

3.使用不添加抗生素的培养基培养细胞

G 检测方面:定期以标准的支原体检测方法检测细胞、培养基、血清、ddH2O有否被支原体污染。

G 实验操作人员之无菌观念与无菌操作技术之要求

有关支原体污染之问题与回答:

o 应如何避免细胞污染?

细胞污染的种类可分成细菌、酵母菌、霉菌、病毒和支原体。 主要的污染原因为无菌操作技术不当、操作室环境不佳、污染之血清和污染之细胞等。 严格之无菌操作技术、清洁的环境、与品质良好之细胞来源和培养基配制是减低污染之最好方法。

o 如果细胞发生微生物污染时, 应如何处理?

直接灭菌后丢弃之。

o 支原体 (mycoplasma) 污染的细胞, 是否能以肉眼观察出异状?

不能。 除极有经验之专家外, 大多数遭受支原体污染的细胞株, 无法以其外观分辨之。

o 支原体污染会对细胞培养有何影响?

支原体污染几乎可影响所有细胞之生长参数,代谢及研究之任一数据。故进行实验前,必须确认细胞为 mycoplasma-free,实验结果之数据方有意义。

o 侦测出细胞株有支原体污染时, 该如何处理?

直接灭菌后丢弃,以避免污染其它细胞株。

支原体之检测:

***********直接培养法 *************

·原理:直接培养支原体于培养基中,观察其生长及菌落生成。

·特点:是目前最直接与灵敏之步骤,亦是用来评估其它侦测新步骤之标准步骤。

·缺点:培养时间长,须3-5星期才能判断。有些支原体不能在培养基培养出来 (例如M. hyorhinis)。需同时培养支原体株作为正反应对照组,可能会造成污染。

·材枓:dextrose、L-arginine HCl、Difco PPLO broth (Difco 0554-17-1) horse serum、15% yeast extract solution (autoclaved)、Bacto agar、无菌有盖螺旋试管(autoclaved)、无菌培养皿﹙60x15mm﹚、L-玻棒、37℃培养箱、厌氧缸(厌氧缸长期培养易有污染,所以厌氧包应用无菌水,每次打开厌氧缸后,用70% ethanol擦拭内壁。)

·培养基制备:基本配方为Difco PPLO broth(60%), 马血清(20%), 15% yeast extreat solution (10%), 10x stock solution (10%)。由于培养时间长,可加入penicillin(50u/ml)至10x stock solution或加入thallium acetate (1:2000)至培养基中以防止其它细菌污染。

·10x stock solution (1 liter) :称取50 g dextrose,10 g L-arginine HCl,溶于1 liter蒸馏水中。以0.22μm无菌过滤膜过滤灭菌。分装100 ml至瓶中,保存于 -70℃。

·液体培养基 (1 liter) :称取21 g之Difco PPLO broth,0.02 g phenol red 于600ml蒸馏水中,加热搅拌溶解之。灭菌121℃,15分钟。待温度降低至室温后,于无菌操作台内加入200ml马血清,100ml之15% yeast extract solution,及100ml解涷之10x stock solution,混合均匀后,分装至已灭菌之有盖螺旋试管中,10ml/管。保存于4℃,期限1个月。

·固体培养基 (1 liter ):称取21 g之Difco PPLO broth,0.02 g phenol red,15g Bacto agar于600ml蒸馏水中,加热溶解之。灭菌121℃,15分钟。放在50℃水中浴中,待温度降低至50℃时,于无菌操作台内加入200ml马血清,100ml之15% yeast extract solution 及100ml解冻之10x stock solution,混合均匀后,倒入60x50㎜之无菌培养皿中,5ml/培养皿。保存于4℃,期限1个月。

步骤:

·取1 ml细胞培养液或0.2ml细胞悬浮液,接种于液体培养基中,置于37℃培养二周,观察是否有混浊或是pH值改变之情形。培养一周及二周后,分别取 0.1 ml液体培养液涂在agar plate上,将其倒放置于37℃厌氧箱培养,培养至少3星期,持续观察是否有支原体之菌落出现。

·另取1 ml细胞培养液或0.2ml细胞悬浮液,涂抹在agar plate上,37℃厌氧培养3星期,持续观察是否支原体菌落出现。

·另作正负反应对照组,正反应对照组为Acholeplasma laidlawii (ATCC 23206) 与M. arginini (ATCC 23838)。负反应对照组为待测细胞之新鲜培养基。

结果判读:

·支原体生长较慢,所以先在液体培养基培养1~2周增殖后,再培养于agar plate上。需至少培养3星期后,才可断定是否有支原体污染。所以整个测试需5个星期才知正确结果。

·典型之支原体菌落类似荷包蛋(fried- egg like),乃是由于支原体往agar下层生长所致,为圆形无色透明菌落,大小约10-55μm。但是并非所有的支原体皆为似荷包蛋菌落,有些是圆形菌落或是类似粘菌类形态(slime)。

·若要区分细胞或是气泡造成的类似菌落,可将其自agar plate上切下,重新培养于液体培养基中,培养一星期后再种入agar plate,若是细胞则不会生长。

DNA 萤光染色法

·原理︰利用萤光染剂(bisbenzimide, Hoechst 33258)侦测支原体污染。此染剂会结合到DNA之Adenosine-Thymidine (A-T) rich区域,因为支原体之DNA中A-T含量占多数(55~80%),所以可将其染色而侦测。被支原体污染之细胞经染色后,在细胞核外与细胞周围可看到许多大小均一之萤光小点,即为支原体之DNA,证明有支原体之污染。

·测试步骤用间接步骤,将待测细胞悬浮液或细胞培养液接种于指示细胞培养液中(indicator cell,例如Vero cell or 3T6 cell),然后培养指示细胞再作萤光染色。正负反应对照组亦可以接种于indicator cell内作为对照。

·待测细胞亦可作直接测试,但需为吸附型细胞,培养后直接作萤光染色。有些细胞易有萤光背景,而干扰结果判读,则建议使用接种于指示细胞之步骤。

·特点︰简单、经济与灵敏,广泛使用,可作为例行之侦测步骤。可以侦测不易培养之支原体,例如M. hyorhinis,较直接培养法快,约一星期即可知道结果。

·缺点:有时仍会有萤光背景,影响判读。

材料︰

·Hanks’ balanced salt solution without NaHCO3 or phenol red (HBSS, GibcoBRL 21250-014﹚、bisbenzimide (Hoechst No.33258, Sigma B-2883)、thimerosol (Sigma T-5125)、0.1M citric acid、02M disodium phosphate、glycerol、glacial acetic acid、methanol、strerile H2O、chamber slide (Nunc 177380)或chamber slide替代物:35 or 60mm sterile plate内放置无菌22x22mm盖玻片﹙浸于酒精内,使用前过火灭菌﹚,一般吸附型细胞均能吸附在盖玻片上。染色后取出盖玻片,细胞面朝下放在玻片上观察。

·Indicator cells: Vero (African green monkey kidney, ATCC CCL-81 or CCRC 60013) or 3T6(mouse fibroblast, ATCC CCL-96 or CCRC 60070),细胞须先测试无污染。αMEM with 10%FBS ( medium for Vero cell)

配制试剂:

·无菌HBSS︰配制Hanks’ balanced salt solution,以0.22mm无菌过滤膜过滤灭菌。勿用高压蒸汽灭菌。

·Hoechst 33258 stock solution(100X)︰称取5.0 mg bisbenzimide和10.0 mg thimersol溶于100 ml无菌HBSS,置于棕色瓶中,室温下以电磁搅拌器搅拌30分钟至完全溶解后,以1ml分装至1.5ml小离心管中,贮存于-20℃。

·Hoechst 33258 working reagent︰取1 ml Hoechst 33258 stock solution,加入sterile 100 ml HBSS中,室温下搅拌45分钟,置于棕色瓶中并以铝箔纸包覆,避免光照,贮存于4℃。

·mounting solution︰22.2 ml 0.1 M citric acid和27.8 ml 0.2 M Na2HPO4加入于50 ml glycerol中混合,以1 N NaOH调整pH至5.5(pH很重要),贮存于4℃。

·固定溶液(fixative)︰冰醋酸与甲醇以1︰3之体积比例混合,使用前才配制。

步骤:

·培养Vero细胞: Vero细胞可作长期培养或制作多个冷冻保存管,测试前解冻培养。测试前一周培养Vero细胞。

·在接种测试样品前一日,以 trypsin-EDTA溶液处理Vero细胞,制成细胞悬浮液,以1~2x10^4 cells/ml培养于chamber slide中,每个well加入1ml细胞悬浮液,于37℃, 5%CO2培养。隔日确定生长良好后,即可接种测试样品。

·接种测试样品:样品种类:1ml待测之培养基,1ml待测细胞培养液(可将细胞稍微刮下﹚,0.05~0.1ml冷冻管之细胞悬浮液。

·将测试样品加入chamber slide内,培养5天后,进行Hoechst 33258的萤光染色观察。

·以Acholeplasma laidlawii ATCC 23206 感染Vero细胞作为正反应对照组﹙或是已感染支原体之细胞培养液或冷冻细胞液﹚,负反应对照组为Vero cell之新鲜培养基( αMEM +10%FBS)。

DNA萤光染色检测︰

·取出培养5日之Vero细胞,吸除培养液。于每个well中加入2 ml 1:3混合的冰醋酸/甲醇固定液,静置10 min后,吸除固定液。重复上述之步骤,风干10分钟。

·于每个well中,加入1 ml Hoechst 33258 working solution,室温下静置30 min。

·吸掉Hoechst 33258染液后,以无菌水洗涤3次,风干后加入1滴的mounting solution,并以盖玻片覆盖之。

·以100x-400x萤光显微镜观察。打开水银光源10 min后,以UV激发光束(330~380 nm)之滤光镜,观察细胞核外是否有蓝色萤光小点或是丝状点之萤光物产生。

结果判读︰

若有支原体污染,在Vero细胞核外与细胞表面会出现蓝色萤光小点或是丝状点。其形状一致,与细胞残片染成之不规则点状物不同。其萤光可维持数星期。

图例 (A)为negative result : 萤光显微镜下,只观察到Vero细胞的细胞核,测试样品没有支原体的污染。(为positive result : 在Vero细胞核外与细胞表面会出现蓝色萤光小点和丝状点,表示测试样品有支原体的污染。

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