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細胞溶解（/ ˈlaɪsɪs / LY - sis、ギリシャ語のλῠ́σῐς lýsis 「緩めること」に由来）は、細胞膜の破壊であり、多くの場合、ウイルス、酵素、または浸透圧（つまり、「溶菌性」/ˈlɪtɪk/LIT-ik）メカニズムによって細胞膜の完全性が損なわれる。溶解した細胞の内容物を含む 液体は溶解液と呼ばれる。分子生物学、生化学、細胞生物学の研究室では、タンパク質精製、DNA抽出、RNA抽出、または細胞小器官の精製などの成分を精製する過程で、細胞培養物を溶解することがある。
多くの細菌種は、動物の唾液、卵白、その他の分泌物に含まれる酵素リゾチームによって溶解される。[ 1 ]バクテリオファージ感染中に産生されるファージ溶解酵素（リシン）は、これらのウイルスが細菌細胞を溶解する能力の原因となっている。[ 2 ]ペニシリンおよび関連するβ-ラクタム系抗生物質は、薬剤が細菌に欠陥のある細胞壁を形成させた後に起こる酵素媒介溶解によって細菌を死に至らしめる。[ 3 ]細胞壁が完全に失われ、グラム陽性細菌にペニシリンが使用された場合、その細菌はプロトプラストと呼ばれるが、グラム陰性細菌にペニシリンが使用された場合、それはスフェロプラストと呼ばれる。
細胞溶解は、浸透圧の不均衡によって過剰な水分が細胞内に流入し、細胞が破裂する際に起こる現象である。
細胞溶解は、いくつかの異なるメカニズムによって防止される。例えば、一部のゾウリムシに存在する収縮胞は、細胞から水を急速に排出する。植物細胞では、通常の条件下では細胞溶解は起こらない。これは、植物細胞が、細胞溶解を引き起こす浸透圧、すなわち膨圧を保持する強固な細胞壁を持っているためである。
この用語は、あらゆる腫れの軽減を指す場合にも使用されます。[ 4 ]
原形質分離とは、浸透による水分喪失によって植物細胞が収縮する現象である。高張環境では、細胞膜が細胞壁から剥がれ、液胞が崩壊する。浸透による水の流れが細胞膜の収縮を止めない限り、これらの細胞は最終的に萎れて死んでしまう。[ 5 ]
赤血球のヘモグロビンは、病原体によって溶血されると、病原体に反応してフリーラジカルを放出します。これにより、病原体に損傷を与えることができます。 [ 6 ] [ 7 ]
細胞溶解は、細胞を破壊してその内容物を精製またはさらに研究するために実験室で使用されます。実験室での溶解は、酵素、界面活性剤、またはその他のカオトロピック剤によって影響を受ける可能性があります。繰り返しの凍結と融解、超音波処理、圧力、またはろ過による細胞膜の機械的破壊も溶解と呼ばれることがあります。多くの実験室実験は溶解メカニズムの選択に影響を受けます。多くの場合、タンパク質やDNAなどの敏感な高分子を変性または分解する機械的せん断力を避けることが望ましいです。また、異なる種類の界面活性剤は異なる結果をもたらす可能性があります。溶解直後、さらなる抽出ステップの前に未処理の溶液は、粗溶解液と呼ばれることがよくあります。[ 8 ] [ 9 ]
例えば、細胞溶解は、特定のタンパク質、脂質、核酸の組成を個別に、または複合体として分析するために、ウェスタンブロッティングやサザンブロッティングで使用されます。使用する界面活性剤によって、膜の全部または一部が溶解されます。例えば、細胞膜のみが溶解された場合、密度勾配遠心分離を使用して特定の細胞小器官を回収できます。細胞溶解は、タンパク質の精製、DNA抽出、RNA抽出にも使用されます。[ 8 ] [ 9 ]
細胞溶解にはいくつかの方法があり、時には組み合わせて使用される。例としては、液体ホモジナイゼーション、凍結融解、超音波処理などの物理的破壊、または浸透圧膨張と最終的な細胞破裂を引き起こす低張液の使用などがある。[ 10 ]
この方法は化学的破壊を利用します。これは最も一般的でシンプルなアプローチです。化学的溶解は、標的細胞の膜内に存在するタンパク質と脂質を化学的に分解/可溶化します。[ 11 ]一般的な溶解バッファーには、水酸化ナトリウム（NaOH）とドデシル硫酸ナトリウム（SDS）が含まれています。細胞溶解は、pH 11.5～12.5の範囲で行うのが最適です。シンプルですが、6～12時間かかる遅いプロセスです。[ 12 ]
この方法は超音波を用いて高圧領域と低圧領域を生成し、キャビテーションを引き起こして細胞溶解を誘発する。この方法は通常はきれいに仕上がるが、費用対効果と一貫性に欠ける。[ 11 ]
この方法は、物理的な貫通によって細胞膜を突き刺したり切断したりする。[ 11 ]
この方法は、リゾチームやプロテアーゼなどの酵素を用いて細胞膜を分解する。[ 13 ]