Blasticidin S的作用机制及在构建稳转株、抗植物病害等中的应用
2025-08-01 来源:本站 点击次数:83
Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）是一种从灰色产色链霉菌（Streptomyces griseochromogenes）发酵液中分离获得的核苷类抗生素，对细菌、真菌、酵母、植物及哺乳动物细胞等具有广泛的抑制活性。在分子生物学研究中，Blasticidin S常被用作筛选标记，用于筛选携带特定抗性基因（如BSD或BSR基因）的转染细胞。Blasticidin S在水稻等农作物的真菌感染和肿瘤抑制等方向也有一定的应用潜力。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Blasticidin S的作用机制
Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）主要通过合核糖体大亚基的肽基转移酶中心，来特异性抑制原核和真核细胞的蛋白质合成。具体而言，Blasticidin S能干扰肽酰-tRNA的水解过程，从而抑制肽键的形成。同时Blasticidin S还可以干扰释放因子eRF1进入肽基转移酶中心，这使得新生肽链无法释放。综上，Blasticidin S可从多个环节阻断蛋白质合成，最终导致细胞因无法正常合成蛋白质而生长停滞甚至死亡[1]。
二、Blasticidin S（杀稻瘟菌素）的科研应用
1. Blasticidin S（BlaS）用于构建稳定表达细胞株实验
在细胞生物学和分子遗传学研究中，Blasticidin S广泛应用于筛选携带抗性基因的转染细胞。Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）的抗性基因主要有BSD基因和BSR基因。BSD基因来源于土曲霉（Aspergillus terreus）。该基因编码一种Blasticidin S脱氨酶，能够催化Blasticidin S的脱氨反应，从而使其失去活性；BSR基因来源于蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）。该基因同样编码一种Blasticidin S脱氨酶，其作用机制与BSD基因类似。在实际操作中，一般可以通过DNA重组技术，如使用无缝克隆、DNA连接酶等方法将需要转染的外源基因整合到带有BSD或者BSR基因的载体上，随后转染细胞并进行抗性筛选。
对于哺乳动物细胞而言，Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）常用的筛选浓度为1-50 μg/mL，如暂不清楚最佳筛选浓度，则需进行预实验以构建灭杀曲线。将未转染细胞接种于24孔、12孔或者6孔板中，待细胞汇合度达60 %时加入含不同浓度的Blasticidin S培养基，浓度梯度可以设置成0、5、10、15、20μg/mL（或扩展至50 μg/mL），每2天更换含Blasticidin S的培养基，一周左右可杀死大于90%细胞的最低浓度为最佳筛选浓度。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
在确定最佳筛选浓度后，即可进行转染，一般在转染后的48小时即可进行筛选，注意转染后的细胞接种数量不宜过多，否则会影响后续的Blasticidin S筛选效率，通常接种时的覆盖率为25%左右；此外，处于分裂旺盛期的细胞最适合Blasticidin S进行筛选，一般汇合度为70-80%。在筛选过程中每2天去除培养基，加入含Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）的新鲜培养基，筛选周期为一周左右，待对照组细胞全部死亡后，即可对存活的阳性细胞进行抗性验证、扩增和冻存。
Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）除了用于哺乳动物细胞的筛选外，还能用于细菌甚至藻类的筛选，包括大肠杆菌和某些藻类细胞，例如莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）。Blasticidin S在固体或者液体培养环境中均能有效抑制莱茵衣藻的生长，其最小抑制浓度为50 μg/mL[2]。
2. Blasticidin S用于其它实验
水稻病害抑制：作为首个取代汞制剂的生物源抑制剂，Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）广泛用于防治稻瘟病（Magnaporthe oryzae）。其通过抑制真菌蛋白质合成，阻断孢子萌发与菌丝扩展，有效降低病害传播[3]。
肿瘤细胞抑制研究：Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）可抑制部分肿瘤细胞系（如B16、U87MG、BaF3）的增殖[4]，为抗肿瘤抑制方案提供更多思路。
蛋白质合成抑制机制研究：Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）通过特异性结合核糖体，干扰肽键形成并抑制肽基-tRNA水解，被广泛用于探索蛋白质合成的分子机制。其作用位点明确，是研究翻译终止、核糖体功能的经典工具。
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[1] K. T. Powers, F. Stevenson-Jones, S. K. N. Yadav, et al., Blasticidin S inhibits mammalian translation and enhances production of protein encoded by nonsense mRNA, Nucleic acids research 49(13) (2021) 7665-7679.
[2] F. de Carpentier, J. Le Peillet, N. D. Boisset, et al., Blasticidin S Deaminase: A New Efficient Selectable Marker for Chlamydomonas reinhardtii, Frontiers in plant science 11 (2020) 242.
[3] P. C. Ceresini, V. L. Castroagudín, FÁ Rodrigues, et al., Wheat Blast: Past, Present, and Future, Annual review of phytopathology 56 (2018) 427-456.
[4] N. Ishiyama, M. O'Connor, A. Salomatov, et al., Computational and Functional Analyses of HER2 Mutations Reveal Allosteric Activation Mechanisms and Altered Pharmacologic Effects, Cancer research 83(9) (2023) 1531-1542.
一、Blasticidin S的作用机制
Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）主要通过合核糖体大亚基的肽基转移酶中心，来特异性抑制原核和真核细胞的蛋白质合成。具体而言，Blasticidin S能干扰肽酰-tRNA的水解过程，从而抑制肽键的形成。同时Blasticidin S还可以干扰释放因子eRF1进入肽基转移酶中心，这使得新生肽链无法释放。综上，Blasticidin S可从多个环节阻断蛋白质合成，最终导致细胞因无法正常合成蛋白质而生长停滞甚至死亡[1]。
图 1冷冻电镜解析哺乳动物终止复合物（TC）的结构与BlaS之间的互作[1]
二、Blasticidin S（杀稻瘟菌素）的科研应用
1. Blasticidin S（BlaS）用于构建稳定表达细胞株实验
在细胞生物学和分子遗传学研究中，Blasticidin S广泛应用于筛选携带抗性基因的转染细胞。Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）的抗性基因主要有BSD基因和BSR基因。BSD基因来源于土曲霉（Aspergillus terreus）。该基因编码一种Blasticidin S脱氨酶，能够催化Blasticidin S的脱氨反应，从而使其失去活性；BSR基因来源于蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）。该基因同样编码一种Blasticidin S脱氨酶，其作用机制与BSD基因类似。在实际操作中，一般可以通过DNA重组技术，如使用无缝克隆、DNA连接酶等方法将需要转染的外源基因整合到带有BSD或者BSR基因的载体上，随后转染细胞并进行抗性筛选。
图 2. 带有BSD基因的质粒
对于哺乳动物细胞而言，Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）常用的筛选浓度为1-50 μg/mL，如暂不清楚最佳筛选浓度，则需进行预实验以构建灭杀曲线。将未转染细胞接种于24孔、12孔或者6孔板中，待细胞汇合度达60 %时加入含不同浓度的Blasticidin S培养基，浓度梯度可以设置成0、5、10、15、20μg/mL（或扩展至50 μg/mL），每2天更换含Blasticidin S的培养基，一周左右可杀死大于90%细胞的最低浓度为最佳筛选浓度。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
在确定最佳筛选浓度后，即可进行转染，一般在转染后的48小时即可进行筛选，注意转染后的细胞接种数量不宜过多，否则会影响后续的Blasticidin S筛选效率，通常接种时的覆盖率为25%左右；此外，处于分裂旺盛期的细胞最适合Blasticidin S进行筛选，一般汇合度为70-80%。在筛选过程中每2天去除培养基，加入含Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）的新鲜培养基，筛选周期为一周左右，待对照组细胞全部死亡后，即可对存活的阳性细胞进行抗性验证、扩增和冻存。
表 1. Blasticidin S在不同细胞系中的筛选浓度（仅供参考，具体实验请参考相关文献及预实验结果）
Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）除了用于哺乳动物细胞的筛选外，还能用于细菌甚至藻类的筛选，包括大肠杆菌和某些藻类细胞，例如莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）。Blasticidin S在固体或者液体培养环境中均能有效抑制莱茵衣藻的生长，其最小抑制浓度为50 μg/mL[2]。
图 3. Blasticidin S可用于Chlamydomonas reinhardtii的筛选[2]
2. Blasticidin S用于其它实验
水稻病害抑制：作为首个取代汞制剂的生物源抑制剂，Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）广泛用于防治稻瘟病（Magnaporthe oryzae）。其通过抑制真菌蛋白质合成，阻断孢子萌发与菌丝扩展，有效降低病害传播[3]。
肿瘤细胞抑制研究：Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）可抑制部分肿瘤细胞系（如B16、U87MG、BaF3）的增殖[4]，为抗肿瘤抑制方案提供更多思路。
蛋白质合成抑制机制研究：Blasticidin S（杀稻瘟菌素S，AbMole，M9163）通过特异性结合核糖体，干扰肽键形成并抑制肽基-tRNA水解，被广泛用于探索蛋白质合成的分子机制。其作用位点明确，是研究翻译终止、核糖体功能的经典工具。
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[1] K. T. Powers, F. Stevenson-Jones, S. K. N. Yadav, et al., Blasticidin S inhibits mammalian translation and enhances production of protein encoded by nonsense mRNA, Nucleic acids research 49(13) (2021) 7665-7679.
[2] F. de Carpentier, J. Le Peillet, N. D. Boisset, et al., Blasticidin S Deaminase: A New Efficient Selectable Marker for Chlamydomonas reinhardtii, Frontiers in plant science 11 (2020) 242.
[3] P. C. Ceresini, V. L. Castroagudín, FÁ Rodrigues, et al., Wheat Blast: Past, Present, and Future, Annual review of phytopathology 56 (2018) 427-456.
[4] N. Ishiyama, M. O'Connor, A. Salomatov, et al., Computational and Functional Analyses of HER2 Mutations Reveal Allosteric Activation Mechanisms and Altered Pharmacologic Effects, Cancer research 83(9) (2023) 1531-1542.
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