转化和转染是将外源 DNA 引入细胞的核心技术。它们是重组蛋白生产、基因治疗、功能基因组学和合成生物学的基础。

细菌转化

转化是细菌细胞摄取外源 DNA 的过程。大多数实验室大肠杆菌菌株不具有自然感受态，必须人工制备为感受态。

化学转化使用氯化钙处理使细菌细胞膜对 DNA 通透。细胞与 DNA 在冰上孵育，在 42 °C 热激 45–90 秒，然后放回冰上。在非选择性培养基中短暂恢复培养使抗生素抗性标记表达，然后在选择性琼脂上涂板。化学转化通常每微克质粒 DNA 产生 10⁶–10⁸ 个菌落形成单位。

电转感受态细胞通过在对数期细菌中用冰冷 10% 甘油洗涤以去除离子来制备。短暂的高压脉冲瞬时穿孔细胞膜，使 DNA 进入。电转化对小质粒产生 10⁹–10¹⁰ CFU/µg，并适用于连接产物和较大构建体。

真核细胞转染

转染将 DNA 引入哺乳动物或昆虫细胞。该术语区别于转化（指细菌摄取）。

• 脂质介导的转染：阳离子脂质形成脂质体包裹 DNA 并与细胞膜融合。该方法对大多数贴壁细胞系有效，但对某些原代细胞有毒性。
• 磷酸钙共沉淀：DNA 与磷酸钙形成沉淀物，沉降到细胞上并通过内吞作用摄取。成本低廉但效率较低，需要仔细控制 pH。
• 电穿孔：与细菌一样，短暂电脉冲穿孔膜。适用于难以转染的细胞，但会导致显著细胞死亡。
• 病毒转导：使用修饰的慢病毒、逆转录病毒或腺相关病毒递送遗传物质。这是原代细胞和稳定整合入基因组最有效的方法。

稳定转染与瞬时转染

瞬时转染产生 2–7 天的表达，因为质粒保持游离状态。稳定转染使用选择性标记来选择已将 DNA 整合到基因组中的细胞，产生永久的细胞系。