Плазмидный препарат
Плазмидный препарат — это метод выделения и очистки плазмидной ДНК . Это важный шаг во многих экспериментах по молекулярной биологии и необходим для успешного использования плазмид в исследованиях и биотехнологиях . [ 1 ] [ 2 ] Было разработано множество методов очистки ДНК бактерий плазмидной . [ 1 ] [ 3 ] В ходе процедуры очистки плазмидную ДНК часто отделяют от загрязняющих белков и геномной ДНК.
Эти методы неизменно включают три этапа: выращивание бактериальной культуры, сбор и лизис бактерий и очистку плазмидной ДНК. [ 4 ] Очистка плазмид занимает центральное место в молекулярном клонировании . Очищенную плазмиду можно использовать для многих стандартных применений, таких как секвенирование и трансфекция клеток.
Рост бактериальной культуры
[ редактировать ]Плазмиды почти всегда очищают из жидких культур бактерий , обычно E. coli , которые трансформируют и выделяют. [ 5 ] [ 6 ] Практически все широко используемые плазмидные векторы кодируют один или несколько устойчивости к антибиотикам генов в качестве селектируемого маркера , например ген, кодирующий устойчивость к ампициллину или канамицину, что позволяет успешно трансформированным бактериям размножаться без ингибирования. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Предполагается, что у бактерий, которые не поглотили плазмидный вектор, отсутствует ген устойчивости, и, следовательно, ожидается, что будут расти только колонии, представляющие успешные трансформации. [ 5 ] [ 9 ] [ 10 ] Бактерии выращивают в благоприятных условиях.
Сбор и лизис бактерий.
[ редактировать ]Существует несколько методов лизиса клеток, включая щелочной лизис, механический лизис и ферментативный лизис. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
Щелочной лизис
[ редактировать ]Наиболее распространенным методом является щелочной лизис, который предполагает использование щелочного раствора высокой концентрации, такого как гидроксид натрия , для лизиса бактериальных клеток. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] При лизисе бактерий в щелочных условиях (рН 12,0–12,5) как хромосомной ДНК, так и белка происходит денатурация ; однако плазмидная ДНК остается стабильной. [ 16 ] [ 17 ] Некоторые ученые снижают концентрацию используемого NaOH до 0,1М, чтобы уменьшить появление оцДНК . После добавления ацетатсодержащего нейтрализующего буфера для снижения pH примерно до 7 большие и менее сверхспиральные хромосомные ДНК и белки образуют большие комплексы и выпадают в осадок; но небольшие бактериальные ДНК-плазмиды остаются в растворе. [ 17 ] [ 14 ]
Механический лизис
[ редактировать ]Механический лизис включает использование физической силы, такой как измельчение или обработка ультразвуком , для разрушения бактериальных клеток и высвобождения плазмидной ДНК. Существует несколько различных методов механического лизиса, включая френч-пресс , взбивание шариков и ультразвуковую обработку . [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
Ферментативный лизис
[ редактировать ]Ферментативный лизис, также называемый лизоцимным лизисом, включает использование ферментов для расщепления клеточной стенки и высвобождения плазмидной ДНК. [ 11 ] Наиболее часто используемый для этой цели фермент — лизоцим, расщепляющий пептидогликан клеточной стенки грамположительных бактерий . Лизоцим обычно добавляют к бактериальной культуре с последующим нагреванием и/или встряхиванием культуры для высвобождения плазмидной ДНК. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
Заготовки по размеру
[ редактировать ]Плазмидный препарат можно разделить на пять основных категорий в зависимости от масштаба приготовления: минипрепарат, мидипрепарат, максипрепарат, мегапрепарат и гигапрепарат. Выбор того, какой метод использовать, будет зависеть от необходимого количества плазмидной ДНК, а также от конкретного применения, для которого она будет использоваться. [ 18 ] [ 19 ]
Наборы для очистки плазмидной ДНК доступны от разных производителей, названия которых соответствуют размеру бактериальной культуры и соответствующему выходу плазмиды. В порядке возрастания это: минипреп, мидипреп, максипреп, мегапреп и гигапреп. Выход плазмидной ДНК будет варьироваться в зависимости от числа копий плазмиды, типа и размера, бактериального штамма , условий роста и набора. [ 2 ]
Минипрепарат
[ редактировать ]Минипрепарат плазмидной ДНК представляет собой быстрое и мелкомасштабное выделение плазмидной ДНК из бактерий . [ 20 ] [ 21 ] Обычно используемые методы минипрепарата включают наборы для щелочного лизиса и центрифугирования . [ 3 ] [ 22 ] В его основе лежит метод щелочного лизиса . Экстрагированную плазмидную ДНК, полученную в результате выполнения минипрепарата, часто называют «минипрепаратом». Минипрепсы используются в процессе молекулярного клонирования для анализа бактериальных клонов . Типичный выход плазмидной ДНК минипрепа составляет от 5 до 50 мкг в зависимости от штамма клеток. Минипрепарат большого количества плазмид также можно удобно провести на фильтровальной бумаге путем лизиса клетки и элюирования плазмиды на фильтровальную бумагу. [ 21 ]
Мидипрепарат
[ редактировать ]Начальный объем культуры E. coli составляет 15–25 мл бульона Lysogeny (LB), а ожидаемый выход ДНК – 100–350 мкг.
Максипрепарат
[ редактировать ]Начальный объем культуры E. coli составляет 100–200 мл LB, а ожидаемый выход ДНК – 500–850 мкг.
Мегапрепарат
[ редактировать ]Начальный объем культуры E. coli составляет 500 мл – 2,5 л LB, а ожидаемый выход ДНК – 1,5–2,5 мг.
Гигапрепарат
[ редактировать ]Начальный объем культуры E. coli составляет 2,5–5 л LB, ожидаемый выход ДНК – 7,5–10 мг.
Очистка плазмидной ДНК
[ редактировать ]При выборе метода очистки важно учитывать дальнейшее применение плазмидной ДНК. Например, если плазмиду предполагается использовать для трансфекции или электропорации , желателен метод очистки, обеспечивающий высокую чистоту и низкие уровни эндотоксина. Аналогичным образом, если плазмиду предполагается использовать для секвенирования или ПЦР, желателен метод очистки, обеспечивающий высокий выход и минимальное количество примесей. [ 2 ] Однако существует множество методов очистки нуклеиновых кислот. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Все они работают по принципу создания условий, при которых либо осаждается только нуклеиновая кислота, либо осаждаются только другие биомолекулы , что позволяет отделить нуклеиновую кислоту. [ 15 ] [ 23 ]
Осадки этанола
[ редактировать ]Осаждение этанолом — широко используемый метод очистки и концентрирования нуклеиновых кислот , включая плазмидную ДНК. [ 26 ] Основной принцип этого метода заключается в том, что нуклеиновые кислоты нерастворимы в этаноле или изопропаноле, но растворимы в воде. Таким образом, он работает, используя этанол в качестве антирастворителя ДНК, вызывая его осаждение из раствора, а затем его можно собрать центрифугированием . Растворимая фракция отбрасывается для удаления других биомолекул. [ 27 ]
Спиновая колонка
[ редактировать ]Очистка нуклеиновых кислот на спин-колонке — это метод очистки ДНК, РНК или плазмиды из образца с использованием фильтра на спин-колонке. [ 25 ] Метод основан на принципе избирательного связывания нуклеиновых кислот с твердой матрицей в спин-колонке, при этом другие загрязнения, такие как белки и соли, смываются. Затем условия меняют для элюирования очищенной нуклеиновой кислоты с колонки с использованием подходящего элюирующего буфера. [ 25 ]
Фенол-хлороформная экстракция
[ редактировать ]Основной принцип фенол-хлороформной экстракции заключается в том, что ДНК и РНК относительно нерастворимы в феноле и хлороформе, тогда как другие клеточные компоненты относительно растворимы в этих растворителях. Добавление смеси фенола и хлороформа растворит белковые и липидные загрязнения, оставив нуклеиновые кислоты в водной фазе. Он также денатурирует белки, такие как ДНКаза , что особенно важно, если плазмиды будут использоваться для ферментативного расщепления. В противном случае может произойти размазывание ферментативно ограниченной формы плазмидной ДНК. [ 24 ]
Экстракция на основе бисера
[ редактировать ]При экстракции на основе шариков добавление смеси, содержащей магнитные шарики, обычно состоящие из ионов железа , связывается с плазмидной ДНК, отделяя их от нежелательных соединений с помощью магнитного стержня или подставки. [ 25 ] Связанные с плазмидой гранулы затем высвобождаются путем снятия магнитного поля и экстрагируются элюирующим раствором для последующих экспериментов, таких как трансформация или рестрикционное расщепление . Эту форму минипрепарации также можно автоматизировать, что повышает удобство и снижает механическую ошибку.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ли Дж. Ф., Ли Л., Шин Дж. (январь 2010 г.). «Протокол: быстрая и экономичная процедура очистки плазмидной или растительной ДНК с разнообразными применениями в биологии растений» . Растительные методы . 6 (1): 1. дои : 10.1186/1746-4811-6-1 . ПМЦ 2829548 . ПМИД 20180960 .
- ^ Jump up to: а б с Празерес Д.М., Монтейро, Джорджия (декабрь 2014 г.). Толмаски М.Э., Алонсо Дж.К. (ред.). «Плазмидные биофармацевтические препараты» . Микробиологический спектр . 2 (6): 2.6.02. doi : 10.1128/microbiolspec.PLAS-0022-2014 . ПМИД 26104457 .
- ^ Jump up to: а б Лезин Г., Косака Ю., Йост Х.Дж., Кюн М.Р., Брунелли Л. (2011). «Одноэтапный минипрепарат для выделения плазмидной ДНК и частиц фага лямбда» . ПЛОС ОДИН . 6 (8): e23457. Бибкод : 2011PLoSO...623457L . дои : 10.1371/journal.pone.0023457 . ПМК 3156146 . ПМИД 21858126 .
- ^ Бушар Р. и др. (2010). Лабораторные методы в микробиологии . Универсальная научная. стр. 119–126.
- ^ Jump up to: а б Суза В., Ли Д. (15 октября 2021 г.). «11. Технология рекомбинантной ДНК; фермент лигаза и клонирование генов». Генетика, сельское хозяйство и биотехнология . Университет штата Айова.
- ^ Исмаил Р., Аллаудин З.Н., Лила М.А. (сентябрь 2012 г.). «Масштабирование рекомбинантной плазмидной ДНК для клинических испытаний: текущая проблема, решение и статус» . Вакцина . 30 (41): 5914–5920. doi : 10.1016/j.vaccine.2012.02.061 . ПМИД 22406276 .
- ^ «Плазмида» . Genome.gov . Проверено 10 декабря 2022 г.
- ^ Батри Л., Шрайнер В., Крич С. (2017). «Биотехнология». Принципы биологии . Открытые образовательные ресурсы штата Орегон.
- ^ Jump up to: а б Беннетт П.М. (март 2008 г.). «Плазмида, кодирующая устойчивость к антибиотикам: приобретение и перенос генов устойчивости к антибиотикам в бактериях» . Британский журнал фармакологии . 153 (Приложение 1): S347–S357. дои : 10.1038/sj.bjp.0707607 . ПМК 2268074 . ПМИД 18193080 .
- ^ Смолла К., Джечалке С., Top EM (февраль 2015 г.). «Обнаружение, характеристика и экология плазмид» . Микробиологический спектр . 3 (1): PLAS–0038–2014. doi : 10.1128/microbiolspec.PLAS-0038-2014 . ПМК 4480600 . ПМИД 26104560 .
- ^ Jump up to: а б с д Рахман М.М., Хосано Н., Хосано Х. (апрель 2022 г.). «Восстановление биоресурсов микроводорослей: обзор методов разрушения клеток и технологий добычи» . Молекулы . 27 (9): 2786. doi : 10,3390/molecules27092786 . ПМЦ 9104913 . ПМИД 35566139 .
- ^ Jump up to: а б с Вебер С., Гранде П.М., Бланк Л.М., Клозе Х. (2022). «Понимание распада клеточной стенки Chlorella vulgaris» . ПЛОС ОДИН . 17 (1): e0262500. Бибкод : 2022PLoSO..1762500W . дои : 10.1371/journal.pone.0262500 . ПМЦ 8759652 . ПМИД 35030225 .
- ^ Jump up to: а б с Ван Д., Ли Ю, Ху Х, Су В, Чжун М (апрель 2015 г.). «Комбинированное ферментативное и механическое разрушение клеток и экстракция липидов зеленой водоросли Neochromis oleoabundans» . Международный журнал молекулярных наук . 16 (4): 7707–7722. дои : 10.3390/ijms16047707 . ПМЦ 4425044 . ПМИД 25853267 .
- ^ Jump up to: а б с д Борчерс А., Пилер Т. (ноябрь 2010 г.). «Программирование плюрипотентных клеток-предшественников, полученных из эмбрионов Xenopus, для создания специфических тканей и органов» . Гены . 1 (3): 413–426. дои : 10.3390/mi8030083 . ПМК 6190294 . ПМИД 24710095 .
- ^ Jump up to: а б Уильямс Дж. А. (июнь 2013 г.). «Векторный дизайн для повышения эффективности, безопасности и производства ДНК-вакцин» . Вакцина . 1 (3): 225–249. doi : 10.3390/vaccines1030225 . ПМЦ 4494225 . ПМИД 26344110 .
- ^ Jump up to: а б Зазилек Г (12 апреля 2010 г.). «Щелочной лизис» . askabiological.asu.edu . Проверено 2 января 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Бирнбойм Х.К., Доли Дж. (ноябрь 1979 г.). «Процедура быстрой щелочной экстракции для скрининга рекомбинантной плазмидной ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 7 (6): 1513–1523. дои : 10.1093/нар/7.6.1513 . ПМЦ 342324 . ПМИД 388356 .
- ^ Сергини М.А., Ритценталер С., Пинк Л. (май 1989 г.). «Быстрый и эффективный «минипрепарат» для выделения плазмидной ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 17 (9): 3604. doi : 10.1093/nar/17.9.3604 . ПМК 317816 . ПМИД 2726501 .
- ^ Коваленко С.А., Танака М., Одзава Т. (декабрь 1994 г.). «Простые методы получения плазмидной ДНК, позволяющие получить длинные и точные данные о последовательностях» . Исследования нуклеиновых кислот . 22 (25): 5771–5772. дои : 10.1093/нар/22.25.5771 . ПМЦ 310149 . ПМИД 7838738 .
- ^ Чоудхури К. (май 1991 г.). «Одноэтапный метод минипрепарата для выделения плазмидной ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 19 (10): 2792. doi : 10.1093/nar/19.10.2792 . ПМК 328215 . ПМИД 2041760 .
- ^ Jump up to: а б «Мини-препарат плазмид | Колледж биологических наук» . cbs.umn.edu . Проверено 10 января 2023 г.
- ^ Чжан С., Кахалан, доктор медицинских наук (29 июля 2007 г.). «Очистка плазмидной ДНК из бактериальных колоний с использованием набора QIAGEN Miniprep Kit» . Журнал визуализированных экспериментов (6): 247. doi : 10.3791/247 . ПМК 2557117 . ПМИД 18997895 .
- ^ Jump up to: а б Тан С.К., Яп, Британская Колумбия (2009). «Экстракция ДНК, РНК и белков: прошлое и настоящее» . Журнал биомедицины и биотехнологии . 2009 : 574398. doi : 10.1155/2009/574398 . ПМЦ 2789530 . ПМИД 20011662 .
- ^ Jump up to: а б «Феноло-хлороформная экстракция | Лаборатория Германа | Небраска» . hermanlab.unl.edu . Проверено 10 января 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д Али Н., Рампаццо Р.К., Коста А.Д., Кригер М.А. (2017). «Современные методы экстракции нуклеиновых кислот и их значение для диагностики на месте» . БиоМед Исследования Интернэшнл . 2017 : 9306564. doi : 10.1155/2017/9306564 . ПМК 5529626 . ПМИД 28785592 .
- ^ Зейгин Дж. А., Хартли Дж. Л. (1985). «Осаждение ДНК этанолом» (PDF) . Фокус . 7 (4): 1–2 . Проверено 10 сентября 2008 г.
- ^ "Лаборатория Баррик :: ПротоколыОсадков Этанола" . barricklab.org . Проверено 10 января 2023 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бирнбойм Х.К., Доли Дж. (ноябрь 1979 г.). «Процедура быстрой щелочной экстракции для скрининга рекомбинантной плазмидной ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 7 (6): 1513–1523. дои : 10.1093/нар/7.6.1513 . ПМЦ 342324 . ПМИД 388356 .