System Biosciences(SBI)：PiggyBac转座子系统

让基因操作像“复制粘贴”一样简单精准

在基因功能研究和细胞工程领域，如何高效、稳定地将外源基因导入细胞基因组，同时保持操作的安全性与灵活性，一直是科研人员面临的挑战。

PiggyBac转座子系统是由美国System Biosciences（SBI）开发的一种非病毒基因操作平台，其最大特点是采用“剪切-粘贴”机制实现外源基因的高效、可逆整合。该系统适用于人类、小鼠及大鼠细胞，具备无载体容量限制、可逆整合和无痕切除等优势，已成为构建稳定细胞系和转基因动物模型的理想工具。

技术原理：精准的“剪切-粘贴”机制

PiggyBac系统的核心源于飞蛾转座子，经优化后可在哺乳动物细胞中高效工作。其作用机制如下：

整合过程：Super PiggyBac转座酶识别转座子载体两端的反向末端重复序列（ITR），将目标基因从载体上精确剪切，并插入宿主基因组的TTAA位点。

可逆操作：通过“仅切除”型转座酶（Excision-only PiggyBac），可将已整合的转座子完整移除，且不留下任何基因足迹，恢复基因组原始状态。

图 1.PiggyBac 转座子系统的剪切和粘贴机制。

核心组件：转座酶与转座子

SBI的PiggyBac系统由两大核心组件构成：

转座酶组件：

Super PiggyBac转座酶表达载体：高效的转座酶来源，负责介导转座子的整合过程

Excision-only PiggyBac转座酶：专门用于从基因组中无痕移除已整合的转座子

转座子载体：

PB513B-1：双启动子载体，包含CMV启动子驱动目的基因，EF1α启动子驱动GFP和嘌呤霉素抗性基因，便于筛选和观察

PB531A-2：单启动子载体，结构紧凑，适合基础表达需求

特色载体系统：系统还提供诱导型表达载体、多功能克隆载体及报告系统载体，满足多基因共表达、精准调控等复杂实验需求。

核心优势：为何选择PiggyBac系统？

超大载货能力：可容纳10–100 kb的大片段DNA，甚至超过200 kb，适合大基因或复杂调控元件的导入。

高效稳定的整合：转座效率比普通系统高3–5倍，一次共转染即可实现永久整合，快速获得稳定细胞系。

可逆性与无痕切除：基因功能研究完成后，可通过“仅切除”转座酶彻底清除外源基因，提供独特的实验灵活性。

非病毒系统的安全性：避免病毒载体的免疫原性和插入突变风险，无需高等级生物安全设施，降低成本与操作门槛。

典型应用：从基础研究到前沿探索

稳定细胞系的快速构建：共转染后经抗生素筛选，1–2周即可获得稳定表达株，效率远高于传统质粒转染。

多基因共表达研究：支持多个转座子载体同时整合，实现多基因（如GFP、RFP、抗性基因）共表达。

转基因动物模型构建：日本研究团队利用PiggyBac成功培育出转基因食蟹猴，荧光基因在全身组织（包括生殖细胞）稳定表达并可遗传。

基因治疗探索：在CAR-T细胞改造等领域展示潜力，其大容量与可逆性为临床治疗提供新思路。

实验指南：如何有效使用PiggyBac系统

基本操作流程

载体准备：将目的基因克隆至PiggyBac转座子载体的多克隆位点

共转染：将重组转座子载体与Super PiggyBac转座酶表达载体按适当比例共转染靶细胞

筛选：转染48-72小时后，加入适量抗生素进行筛选

扩大培养：持续筛选1-2周，获得稳定整合的细胞池

关键优化点

载体比例：转座子与转座酶载体的比例会影响整合效率，通常建议在3：1到5：1之间

细胞状态：使用生长旺盛、传代次数少的细胞，HEK293等易转染细胞成功率最高

筛选时间：转染后建议培养48-72小时再加抗生素筛选，避免假阳性

前沿进展：PiggyBac技术的未来方向

非人灵长类模型突破：《自然·通讯》研究显示，PiggyBac系统可高效制备转基因猕猴，在胚胎植入前即可确认基因修饰效果。

与CRISPR/Cas9联用：结合CRISPR进行定点编辑，再通过PiggyBac引入大片段基因，实现更复杂的基因组重构。

PiggyBac转座子系统在高效整合与安全可控之间取得了良好平衡，适用于基因功能研究、疾病模型构建及细胞治疗探索。对于受限于传统技术低效、不可逆的研究者，尝试PiggyBac系统或将成为突破关键瓶颈的新路径。

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