Jump to content

экстракция ДНК

Первое выделение дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) было сделано в 1869 году Фридрихом Мишером . [ 1 ] Экстракция ДНК — это процесс выделения ДНК из клеток организма, выделенных из образца, обычно биологического образца, такого как кровь, слюна или ткань. Он включает в себя взлом клеток, удаление белков и других загрязнений, а также очистку ДНК от других клеточных компонентов. Очищенную ДНК затем можно использовать для дальнейших применений, таких как ПЦР . [ 2 ] секвенирование или клонирование . В настоящее время это рутинная процедура в молекулярной биологии или судебно-медицинской экспертизе.

Этот процесс можно выполнить несколькими способами, в зависимости от типа образца и последующего применения. [ 3 ] наиболее распространенными методами являются: механический, химический и ферментативный лизис, осаждение, очистка и концентрирование. Конкретный метод, используемый для извлечения ДНК, такой как фенол-хлороформная экстракция, осаждение спиртом или очистка на основе диоксида кремния. [ 4 ]

При использовании химического метода для экстракции используется множество различных наборов, и выбор правильного из них сэкономит время на оптимизации набора и процедурах экстракции. ПЦР показывает различия между коммерческими наборами. Считается, что определение чувствительности [ 5 ]

Существует много различных методов извлечения ДНК, но некоторые общие этапы включают в себя:

  1. Лизис: Этот шаг включает в себя раскрытие клеток для высвобождения ДНК. Например, в случае бактериальных клеток можно использовать раствор детергента и соли (например, SDS ) для разрушения клеточной мембраны и высвобождения ДНК. Для растительных и животных клеток часто используют механические или ферментативные методы.
  2. Осаждение: как только ДНК высвобождается, белки и другие загрязнения должны быть удалены. Обычно это делается путем добавления осаждающего агента, такого как спирт (например, этанол или изопропанол) или соль (например, ацетат аммония ). ДНК сформирует осадок на дне раствора, а загрязнения останутся в жидкости.
  3. Очистка: После осаждения ДНК ее обычно дополнительно очищают с помощью колоночных методов. Например, для связывания ДНК можно использовать спин-колонки на основе диоксида кремния, при этом загрязнения смываются. Альтернативно, для очистки ДНК можно использовать этап центрифугирования , направляя ее на дно пробирки.
  4. Концентрация. Наконец, количество присутствующей ДНК обычно увеличивается за счет удаления оставшейся жидкости. Обычно это делается с помощью вакуумного центрифугирования или этапа лиофилизации (сушки вымораживанием).

Стоит отметить, что в зависимости от конкретного протокола выделения ДНК могут использоваться некоторые варианты этих шагов. Кроме того, в продаже имеются некоторые наборы, включающие реагенты и протоколы, специально разработанные для конкретного типа проб. [ 6 ]

Что это дает?

[ редактировать ]

Экстракция ДНК часто является предварительным этапом во многих диагностических процедурах, используемых для идентификации вирусов и бактерий из окружающей среды, а также диагностики заболеваний и наследственных заболеваний. Эти методы включают, помимо прочего:

Метод флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) был разработан в 1980-х годах. Основная идея состоит в том, чтобы использовать зонд нуклеиновой кислоты для гибридизации ядерной ДНК либо из интерфазных клеток, либо из метафазных хромосом, прикрепленных к предметному стеклу. Это молекулярный метод, используемый, среди прочего, для распознавания и подсчета определенных групп бактерий. [ 1 ]

Чтобы распознать, определить и количественно оценить географические и временные закономерности в сообществах морского бактериопланктона, исследователи используют метод, называемый полиморфизмом длины терминального рестрикционного фрагмента (T-RFLP).

Секвенирование: полные или частичные геномы и другие хромосомные компоненты, завершенные для сравнения с ранее опубликованными последовательностями.

[ 7 ]

Основная процедура

[ редактировать ]

Клеточные и гистоновые белки, связанные с ДНК, можно удалить либо добавлением протеазы , либо осаждением белков ацетатом натрия или аммония , либо экстрагированием их смесью фенола и хлороформа перед осаждением ДНК.

После выделения ДНК растворяют в слабощелочном буфере, обычно в ТЕ-буфере , или в сверхчистой воде .

Общие химикаты

[ редактировать ]

Наиболее распространенные химические вещества, используемые для выделения ДНК, включают:

  1. Моющие средства, такие как SDS или Tween-20, которые используются для вскрытия клеток и высвобождения ДНК.
  2. Ферменты-протеазы, такие как протеиназа К, которые используются для переваривания белков, которые могут связываться с ДНК.
  3. Фенол и хлороформ, которые используются для отделения ДНК от других клеточных компонентов.
  4. Этанол или изопропанол, которые используются для осаждения ДНК.
  5. Соль, например NaCl, которую часто используют для растворения ДНК и поддержания ее стабильности.
  6. ЭДТА, которая используется для хелатирования ионов металлов, которые могут повредить ДНК.
  7. Трис-HCL, который используется для поддержания оптимального уровня pH для экстракции ДНК.

Выбор метода

[ редактировать ]

Некоторые из наиболее распространенных методов экстракции ДНК включают органическую экстракцию , экстракцию Chelex и твердофазную экстракцию . [ 8 ] Эти методы неизменно дают изолированную ДНК, но они различаются как по качеству, так и по количеству полученной ДНК. При выборе метода выделения ДНК необходимо учитывать множество факторов, включая стоимость, время, безопасность и риск загрязнения.

Органическая экстракция включает добавление инкубации в нескольких различных химических растворах; [ 8 ] включая стадию лизиса , фенол-хлороформную экстракцию, осаждение этанолом и стадии промывки. Органическую экстракцию часто используют в лабораториях, поскольку она дешева и дает большое количество чистой ДНК. Хотя это легко, требуется много шагов, и это занимает больше времени, чем другие методы. Это также предполагает неблагоприятное использование токсичных химикатов фенола и хлороформа , а также существует повышенный риск заражения из-за переноса ДНК между несколькими пробирками. [ 9 ] Несколько протоколов, основанных на органической экстракции ДНК, были эффективно разработаны десятилетия назад. [ 10 ] хотя в последние годы были разработаны и опубликованы улучшенные и более практичные версии этих протоколов. [ 11 ]

Метод экстракции хелекса включает добавление смолы Chelex к образцу, кипячение раствора, затем его встряхивание и центрифугирование. Клеточные материалы связываются с гранулами Chelex, а ДНК доступна в супернатанте . [ 9 ] Метод Chelex намного быстрее и проще, чем органическая экстракция, и для него требуется только одна пробирка, что снижает риск загрязнения ДНК. К сожалению, экстракция Chelex не дает такого большого количества, и полученная ДНК является одноцепочечной, что означает, что ее можно использовать только для ПЦР анализа на основе , а не для ПДРФ . [ 9 ]

Твердофазная экстракция , например, с использованием метода экстракции на спин-колонке, использует тот факт, что ДНК связывается с кремнеземом . Образец, содержащий ДНК, добавляют в колонку, содержащую силикагель или шарики силикагеля и хаотропные соли. Хаотропные соли разрушают водородные связи между цепями и облегчают связывание ДНК с кремнеземом, заставляя нуклеиновые кислоты становиться гидрофобными. Это обнажает остатки фосфатов и делает их доступными для адсорбции. [ 12 ] ДНК связывается с диоксидом кремния, а остальная часть раствора вымывается этанолом для удаления хаотропных солей и других ненужных компонентов. [ 8 ] Затем ДНК можно регидратировать водными растворами с низким содержанием соли, что позволяет элюировать ДНК из гранул.

Этот метод дает высококачественную, в основном двухцепочечную ДНК, которую можно использовать как для ПЦР, так и для ПДРФ- анализа. Эту процедуру можно автоматизировать [ 9 ] и имеет высокую производительность, хотя и меньшую, чем фенол-хлороформный метод . Это одноэтапный метод, т.е. вся процедура выполняется в одной пробирке. Это снижает риск загрязнения, что делает его очень полезным для судебно-медицинской экспертизы ДНК. Различные коммерческие наборы для твердофазной экстракции производятся и продаются различными компаниями; единственная проблема в том, что они дороже, чем органическая экстракция или экстракция Chelex.

Специальные типы

[ редактировать ]

Для выделения ДНК из некоторых образцов необходимо выбрать конкретные методы. Типичными образцами со сложным выделением ДНК являются:

  • археологические образцы, содержащие частично деградированную ДНК, см. древнюю ДНК [ 13 ]
  • образцы, содержащие ингибиторы последующих процедур анализа, в первую очередь ингибиторы ПЦР , такие как гуминовая кислота из почвы, индиго и другие тканевые красители или гемоглобин в крови.
  • образцы микроорганизмов с толстыми клеточными стенками, например дрожжей
  • образцы, содержащие смешанную ДНК из нескольких источников

Внехромосомную ДНК, как правило, легко выделить, особенно плазмиды можно легко выделить путем лизиса клеток с последующим осаждением белков, которое улавливает хромосомную ДНК в нерастворимой фракции, а после центрифугирования плазмидную ДНК можно очистить от растворимой фракции.

Экстракция ДНК Hirt — это выделение всей внехромосомной ДНК в клетке млекопитающего. Процесс экстракции Hirt избавляет от высокомолекулярной ядерной ДНК , оставляя только низкомолекулярную митохондриальную ДНК и любые вирусные эписомы , присутствующие в клетке.

Обнаружение ДНК

[ редактировать ]

Индикатор дифениламин (ДФА) подтвердит наличие ДНК. Эта процедура включает химический гидролиз ДНК: при нагревании (например, ≥95 °C) в кислоте реакция требует сахара дезоксирибозы и, следовательно, специфична для ДНК. В этих условиях 2-дезоксирибоза превращается в w-гидроксилевулиниловый альдегид, который реагирует с соединением дифениламином с образованием соединения синего цвета. Концентрацию ДНК можно определить путем измерения интенсивности поглощения раствора при длине волны 600 нм с помощью спектрофотометра и сравнения со стандартной кривой известных концентраций ДНК.

Измерение интенсивности поглощения раствора ДНК на длинах волн 260 и 280 нм используется в качестве меры чистоты ДНК. ДНК можно определить количественно, разрезая ДНК рестриктазой , прогоняя ее на агарозном геле , окрашивая бромидом этидия (EtBr) или другим красителем и сравнивая интенсивность ДНК с ДНК-маркером известной концентрации.

Используя метод Саузерн-блоттинга , эту количественную ДНК можно выделить и дополнительно изучить с помощью ПЦР и ПДРФ- анализа. Эти процедуры позволяют дифференцировать повторяющиеся последовательности внутри генома. Именно эти методы судебно-медицинские эксперты используют для сравнения, идентификации и анализа.

Метод выделения высокомолекулярной ДНК

[ редактировать ]

В этом методе ядра растений изолируются путем физического измельчения тканей и восстановления неповрежденных ядер в уникальном буфере для ядерной изоляции (NIB). Пластидные ДНК высвобождаются из органелл и удаляются осмотическим буфером путем промывания и центрифугирования. Очищенные ядра затем лизируют и дополнительно очищают органической экстракцией, а геномную ДНК осаждают высокой концентрацией ЦТАБ. Высокочистая высокомолекулярная гДНК извлекается из ядер и растворяется в буфере с высоким pH, что обеспечивает стабильное длительное хранение. [ 14 ]

Хранение ДНК

[ редактировать ]

Хранение ДНК является важным аспектом проектов по выделению ДНК, поскольку оно обеспечивает целостность и стабильность извлеченной ДНК для последующих применений. [ 15 ]

Одним из распространенных методов хранения ДНК является осаждение этанолом, которое включает добавление этанола и соли, такой как хлорид натрия или ацетат калия, к экстрагированной ДНК для осаждения ее из раствора. Затем ДНК осаждают центрифугированием и промывают 70% этанолом для удаления оставшихся примесей. Затем осадок ДНК сушат на воздухе и ресуспендируют в буфере, таком как буфер Трис-ЭДТА (ТЕ), для хранения.

Другой метод — замораживание ДНК в буфере, таком как буфер TE, или в криопротекторе, таком как глицерин или ДМСО, при -20 или -80 градусах Цельсия. Этот метод сохраняет целостность ДНК и замедляет активность любых ферментов, которые могут ее разрушить.

Важно отметить, что выбор буфера и условий хранения будет зависеть от последующего применения, для которого предназначена ДНК. Например, если ДНК будет использоваться для ПЦР, ее можно хранить в буфере ТЕ при температуре 4 градуса Цельсия, а если ее планируется использовать для длительного хранения или транспортировки, ее можно хранить в этаноле при -20 градусах Цельсия. Цельсия. Извлеченную ДНК следует регулярно проверять на ее качество и целостность, например, с помощью гель-электрофореза или спектрофотометрии. Также следует учитывать и контролировать условия хранения, такие как температура и влажность.

Также важно учитывать долгосрочную стабильность ДНК и возможность ее деградации с течением времени. Экстрагированную ДНК следует хранить как можно более короткое время, а условия хранения следует выбирать так, чтобы свести к минимуму риск деградации.

Как правило, экстрагированную ДНК следует хранить в наилучших возможных условиях, чтобы обеспечить ее стабильность и целостность для последующих применений.

Контроль качества

[ редактировать ]

Для обеспечения качества извлеченной ДНК используется несколько методов контроля качества, в том числе: [ 16 ]

  • Спектрофотометрия : это широко используемый метод измерения концентрации и чистоты образца ДНК. Спектрофотометрия измеряет поглощение образца при разных длинах волн, обычно при 260 и 280 нм. Соотношение оптической плотности при 260 нм и 280 нм используется для определения чистоты образца ДНК. [ 17 ]
  • Гель-электрофорез: этот метод используется для визуализации и сравнения размера и целостности образцов ДНК. ДНК загружается в агарозный гель, а затем подвергается воздействию электрического поля, которое заставляет ДНК мигрировать через гель. Миграцию ДНК можно визуализировать с помощью бромистого этидия, который интеркалируется в ДНК и флуоресцирует в УФ-свете. [ 18 ]
  • Флюорометрия : Флуорометрия — это метод определения концентрации нуклеиновых кислот путем измерения флуоресценции образца при возбуждении светом определенной длины волны. Для флюорометрии используются красители, специфически связывающиеся с нуклеиновыми кислотами и обладающие высокой интенсивностью флуоресценции.
  • ПЦР: Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — это метод, который амплифицирует определенную область ДНК. Он также используется в качестве метода контроля качества путем амплификации небольшого фрагмента ДНК. Если амплификация успешна, это означает, что извлеченная ДНК годна. качество и оно не ухудшилось.
  • Флуорометр Qubit: Флуорометр Qubit — это прибор, который использует флуоресцентные красители для измерения концентрации ДНК и РНК в образце. Это быстрый и чувствительный метод, который можно использовать для определения концентрации образцов ДНК. [ 16 ]
  • Биоанализатор: Биоанализатор — это инструмент, который использует электрофорез для разделения и анализа образцов ДНК, РНК и белка. Он может предоставить подробную информацию о размере, целостности и чистоте образца ДНК.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б «Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH)» . Genome.gov . Проверено 23 октября 2022 г.
  2. ^ Гупта, Налини (2019). «Экстракция ДНК и полимеразная цепная реакция» . Журнал цитологии . 36 (2): 116–117. дои : 10.4103/JOC.JOC_110_18 . ISSN   0970-9371 . ПМЦ   6425773 . ПМИД   30992648 .
  3. ^ Шривастава, Ахилешвар Кумар; Каннауджия, Винод Кумар; Сингх, Раджеш Кумар; Сингх, Дивья (5 октября 2020 г.). Экстракция ДНК - обзор | Темы ScienceDirect . Эльзевир Наука. ISBN  978-0-12-821710-8 . Проверено 27 января 2023 г.
  4. ^ Деаск, Марианна; Печнерова, Патрисия; Кемпе Лагерхольм, Вендела; Эрсмарк, Эрик; Данилов, Глеб К.; Мортенсен, Питер; Вартанян, Сергей; Дален, Лав (13 апреля 2022 г.). «Разработка и оптимизация протокола экстракции древней ДНК на колонке с кремнеземом» . Гены . 13 (4): 687. doi : 10.3390/genes13040687 . ISSN   2073-4425 . ПМЦ   9032354 . ПМИД   35456493 .
  5. ^ Ёсикава Х, Догруман-Ал Ф, Догруман-Ай Ф, Тёрк С, Кустимур С, Балабан Н, Султан Н (октябрь 2011 г.). «Оценка наборов для экстракции ДНК для молекулярной диагностики подтипов Blastocystis человека из образцов фекалий». Паразитологические исследования . 109 (4): 1045–50. дои : 10.1007/s00436-011-2342-3 . ПМИД   21499752 . S2CID   37191780 .
  6. ^ Фале, Гэри А.; Фишер, Стивен Х. (октябрь 2000 г.). «Сравнение шести коммерческих наборов для экстракции ДНК для извлечения ДНК цитомегаловируса из образцов человека с добавлением шипов» . Журнал клинической микробиологии . 38 (10): 3860–3863. дои : 10.1128/JCM.38.10.3860-3863.2000 . ISSN   0095-1137 . ПМЦ   87494 . ПМИД   11015421 .
  7. ^ «Извлечение ДНК» . Геномика . Проверено 9 октября 2022 г.
  8. ^ Jump up to: а б с Элкинс К.М. (2013). «Извлечение ДНК». Судебная ДНК-биология . стр. 39–52. дои : 10.1016/B978-0-12-394585-3.00004-3 . ISBN  9780123945853 .
  9. ^ Jump up to: а б с д Батлер Дж. М. (2005). Судебно-медицинское типирование ДНК: биология, технология и генетика маркеров STR (2-е изд.). Амстердам: Elsevier Academic Press. ISBN  9780080470610 . OCLC   123448124 .
  10. ^ Мармур, Дж. (1961). «Методика выделения дезоксирибонуклеиновой кислоты из микроорганизмов». Журнал молекулярной биологии . 3 (2): 208–ИН1. дои : 10.1016/S0022-2836(61)80047-8 .
  11. ^ Сальва-Серра Ф, Свенссон-Стадлер Л, Бускетс А, Хаэн-Лучоро Д, Карлссон Р, Мур ЭР, Гомила М (2018). «Протокол экстракции и очистки высококачественной и количественной бактериальной ДНК, применимый для секвенирования генома: модифицированная версия процедуры Мармура» . Протокол обмена . дои : 10.1038/protex.2018.084 .
  12. ^ Ли, Ричард (11 марта 2015 г.). Судебная биология (2-е изд.). Бока Ратон. ISBN  978-1439889725 . OCLC   907517669 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  13. ^ Паабо С (март 1989 г.). «Древняя ДНК: экстракция, характеристика, молекулярное клонирование и ферментативная амплификация» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (6): 1939–43. Бибкод : 1989PNAS...86.1939P . дои : 10.1073/pnas.86.6.1939 . ПМК   286820 . ПМИД   2928314 .
  14. ^ Ли, Чжиган; Пэррис, Стивен; Саски, Кристофер А. (2020). «Простой метод экстракции высокомолекулярной ДНК из растений, подходящий для одномолекулярных технологий» . Растительные методы . 16:38 . дои : 10.1186/s13007-020-00579-4 . ISSN   1746-4811 . ПМЦ   7071634 . ПМИД   32190102 . Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  15. ^ Кауди, Дельфина; Колотт, Марта; Луис, Орели; Таффет, Софи; Бонне, Жак (11 ноября 2021 г.). Сюй, Цзянь (ред.). «Долгосрочное сохранение ДНК при температуре окружающей среды. Значение для хранения данных ДНК» . ПЛОС ОДИН . 16 (11): e0259868. Бибкод : 2021PLoSO..1659868C . дои : 10.1371/journal.pone.0259868 . ISSN   1932-6203 . ПМЦ   8585539 . ПМИД   34763344 .
  16. ^ Jump up to: а б «Приложение S2: Метод выделения ДНК и качество ДНК» . дои : 10.7717/peerj.3582/supp-2 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  17. ^ Фукс, Флоренция (1 ноября 2002 г.). «Контроль качества вакцин, полученных биотехнологическим путем: технические и нормативные аспекты» . Биохимия . 84 (11): 1173–1179. дои : 10.1016/S0300-9084(02)00028-7 . ISSN   0300-9084 . ПМИД   12595146 .
  18. ^ Пашкевич, Конрад Х.; Фарбос, Одри; О'Нил, Пол; Мур, Карен (2014). «Контроль качества на переднем крае» . Границы генетики . 5 : 157. дои : 10.3389/fgene.2014.00157 . ISSN   1664-8021 . ПМК   4033843 . ПМИД   24904650 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • Ли, Ричард (2015). Судебная биология . Бока-Ратон: CRC Press, Taylor & Francisco Group. ISBN   9781439889701 .
  • Сэмбрук, Майкл Р.; Грин, Джозеф (2012). Молекулярное клонирование (4-е изд.). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор Пр. ISBN   1936113422 . OCLC   774021237 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7cd31aaeb5db1f6c38a40480cfd540a9__1720515720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7c/a9/7cd31aaeb5db1f6c38a40480cfd540a9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
DNA extraction - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)