Стреловой метод
Метод Boom (также известный как метод экстракции нуклеиновых кислот Boom ) представляет собой метод твердофазной экстракции для выделения нуклеиновой кислоты из биологического образца. Этот метод характеризуется «поглощением нуклеиновых кислот (НК) шариками диоксида кремния».
Обзор
[ редактировать ]Метод Бума (метод Бум-экстракции нуклеиновых кислот) [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] представляет собой метод твердофазной экстракции для выделения нуклеиновых кислот (НК). [ 9 ] из биологических образцов. Ключевым элементом этого метода являются шарики кремнезема, которые способны связывать нуклеиновые кислоты в присутствии хаотропного вещества в соответствии с хаотропным эффектом. Этот метод является одним из наиболее распространенных [ 6 ] [ 7 ] метод выделения нуклеиновых кислот из биологических образцов и известен как простой, быстрый и надежный метод. [ 2 ] метод мелкомасштабной очистки нуклеиновой кислоты из биологического образца.
Говорят, что этот метод был разработан и изобретен Виллемом Р. Бумом и др. около 1990 года. [ примечание 1 ] Хотя хаотропный эффект был ранее известен и о нем сообщали другие ученые, [ 10 ] [ примечание 2 ] Бум и др. способствовал оптимизации метода для сложных исходных материалов, [ 1 ] таких как жидкости организма и другие биологические исходные материалы, и предоставил короткую процедуру в соответствии с Boom et al. US5234809. [ 1 ] После бума и др. патент [ 1 ] был подан, подобные приложения [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] были поданы и другими сторонами.
В узком смысле слово «кремнезем» означало SiO 2 кристаллы ; однако доступны и другие формы частиц диоксида кремния. В частности, аморфный оксид кремния и стеклянный порошок, алкилкремнезем, силикат алюминия ( цеолит ) или активированный диоксид кремния с -NH 2 пригодны в качестве твердофазного материала, связывающего нуклеиновую кислоту, в соответствии с этим методом. Сегодня широко используются концепции метода Бума, характеризующегося использованием магнитных частиц кремнезема. С помощью этого метода магнитные шарики кремнезема захватываются магнитным коллектором шариков, например пипеткой Tajima. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Возьмите ручку (R), [ 3 ] [ 4 ] Четырехполюсный коллектор, [ 17 ] и так далее.
Краткая процедура
[ редактировать ]

Фундаментальный процесс выделения нуклеиновой кислоты из исходного материала методом Бума состоит из следующих 4 этапов. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] (См. рис. 1).
(а) Лизирование и/или гомогенизация исходного материала.
Лизат исходного материала получают добавлением детергента. в присутствии ферментов, расщепляющих белок.
(б) Смешивание хаотропного вещества и шариков кремнезема с исходным материалом.
Лизат исходного материала (а) смешивают с шариками кремнезема и достаточно большими количествами хаотропного вещества. В соответствии с хаотропным эффектом высвободившиеся нуклеиновые кислоты будут связаны с кремнеземные шарики почти мгновенно. Таким образом, кремнеземно-нуклеиновая образуются кислотные комплексы. Причины образования нуклеиновых кислот и кремнезема облигации будут описаны в следующем разделе (Основные принципы).
(c) Промывка шариков кремнезема
Шарики диоксида кремния (b) промывают несколько раз для удаления загрязнений. Процесс промывки комплексов кремнезем-нуклеиновая кислота (кремнеземные шарики) обычно состоит из следующих этапов:
- Сбор частиц кремнезема из жидкости, например, с помощью пипетки Тадзима (см. рис. 1,2) или гранулирования (путем быстрого осаждения и удаления надосадочной жидкости).
- Смешивание шариков диоксида кремния с промывочным буфером, содержащим хаотропную соль, с использованием, например, вихревого смесителя.
- Повторный сбор редиспергированных шариков диоксида кремния из вышеупомянутого промывочного буфера.
- Дальнейшая промывка последовательно спиртово-водным раствором. [ примечание 3 ] а потом ацетоном.
- Бусы желательно сушить.
(d) Разделение связанных нуклеиновых кислот
Чистые нуклеиновые кислоты элюируются в буфер за счет уменьшения концентрации хаотропного вещества. Нуклеиновые кислоты, присутствующие в промытых (и предпочтительно высушенных) кремненуклеиновых кислотные комплексы элюируются в выбранный элюирующий буфер, такой как буфер TE, аква-бидест и так далее. Выбор буфера для элюирования совместно определяется предполагаемым использованием выделенной нуклеиновой кислоты.
Таким способом из исходного материала выделяют чистые нуклеиновые кислоты.
Изменяя условия эксперимента, особенно состав реагентов (хаотропное вещество, промывной буфер и т. д.), можно добиться более специфического выделения. Например, некоторые составы реагентов подходят для получения длинной двухцепочечной ДНК или короткой одноцепочечной РНК.
Доступен широкий выбор исходного биологического материала, включая цельную кровь , сыворотку крови , лейкоцитную пленку , мочу , фекалии , спинномозговую жидкость , сперму , слюну , ткани , клеточные культуры , пищевые продукты или вакцины . Оптимизация процедуры необходима для максимизации выхода нуклеиновых кислот из разных исходных материалов или разных типов нуклеиновых кислот (например, длинных/коротких, ДНК/РНК, линейных/кольцевых, двухцепочечных/одноцепочечных).
Сегодня анализ, характеризующийся использованием магнитных шариков, покрытых диоксидом кремния, кажется наиболее распространенным. Поэтому в этой статье термин «силикатные шарики» означает магнитные шарики, покрытые диоксидом кремния, если не указано иное.
Магнитные бусины
[ редактировать ]В качестве шариков, покрытых диоксидом кремния, часто используются различные магнитные частицы (магнитный носитель), покрытые диоксидом кремния. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Частица маггемита (γ-Fe 2 O 3 ) и магнетита частица ( Fe 3 O 4 ), а также их промежуточные частицы оксида железа наиболее подходят в качестве магнитных носителей.
Как правило, качество магнитных шариков характеризуется следующие параметры: [ 18 ] [ 21 ]
- намагниченность насыщения (~10-80 А м2/кг (эму/г): суперпарамагнитный ), [ 18 ]
- коэрцитивная сила (~ 0,80–15,92 кА/м), [ 18 ]
- размер диаметра (~ 0,1-0,5 мкм), [ 18 ]
- масса каждой частицы (~ 2,7 нг), [ 18 ] [ примечание 4 ]
- простота сбора (об этом будет сказано позже), [ 18 ]
- способность захвата (будет упомянута позже), [ 18 ]
- Скорость седиментации (~4% за 30 мин), [ 21 ]
- Коэффициент площади (> 100 м 2 /г),
- Эффективная плотность (~ 2,5 г/см 3 ), и
- Количество частиц (~ 1 x 10 8 частиц/мг). [ 21 ]
Здесь «легкость сбора» определяется и сравнивается с помощью
«магнитные шарики собираются не менее чем на Х мас. % (~90 мас. %) в течение Т секунд (~ 3 секунды) в присутствии магнитного поля Y гаусс (~3000 гаусс ), когда оно диспергировано в количестве не менее Z мг (~20 мг) в Вт мл (~1 мл) водного раствора образца, содержащего биологическое вещество"
в то время как способность захвата определяется и сравнивается с помощью
«связывание по меньшей мере с А мкг (~0,4 мкг) биологического вещества на В мг (~1 мг) его когда он диспергирован в количестве не менее Z мг (~20 мг) в Вт мл (~1 мл) водного раствора образца, содержащего биологическое вещество».
Основные принципы
[ редактировать ]Принцип этого метода [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 14 ] основан на свойствах связывания нуклеиновых кислот частиц кремнезема или диатомей в присутствии хаотропного агента, что приводит к хаотропному эффекту .
Проще говоря, хаотропный эффект – это когда хаотропный анион в водном растворе нарушает структуру воды и ослабляет гидрофобное взаимодействие. [ 22 ] [ 23 ]
В широком смысле «хаотропный агент» означает любое вещество. способный изменять вторичную, третичную и/или четвертичную структуру белков и нуклеиновых кислот, но оставив, по крайней мере, первичная структура не повреждена. [ 24 ]
Водный раствор хаотропной соли является хаотропным агентом. Хаотропные анионы увеличивают энтропию системы, вмешиваясь в межмолекулярные взаимодействия, опосредованные нековалентными силами, такими как водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные эффекты. Примерами являются водный раствор: тиоцианат-ион , ион йода , перхлорат-ион , нитрат-ион , ион брома , ион хлора , ион ацетата , ион фтора и сульфат-ион или взаимные комбинации с ним. Согласно оригинальному методу Бума, хаотропный используемая соль гуанидиния предпочтительно представляет собой гуанидиний тиоцианат (GuSCN).
По хаотропному эффекту в присутствии хаотропного агента гидратная вода нуклеиновых кислот отбирается от фосфодиэфирной связи фосфатной группы остова нуклеиновой кислоты. Таким образом, фосфатная группа становится «обнаженной» и образуется гидрофобное взаимодействие между кремнеземом и обнаженной фосфатной группой.
Автоматизированные инструменты
[ редактировать ]Пипетка Тадзима
[ редактировать ]Аппарат для экстракции нуклеиновых кислот на основе пипетки Тадзима [ 14 ] [ 15 ] (см. рис. 2) являются одним из наиболее распространенных инструментов для выполнения метода Бума. [ 25 ]
Пипетку Тадзима изобрел Хидеджи Тадзима. [ 14 ] основатель и президент Прецизионные системные науки (PSS) [ 25 ] Inc., японский производитель точных и измерительных приборов. Пипетка Tajima — это основная технология PSS Inc. [ 25 ] PSS Inc. предоставляет OEM- продукты на основе этой технологии (например, MagNA Pure(R)). для нескольких ведущих производителей реагентов, таких как Hoffmann-La Roche , Life Technologies и т. д. После того, как Тадзима и др. [ 14 ] патент был подан, аналогичные патентные заявки [ 16 ] также были поданы другими сторонами.
Пипетка Tajima реализует метод и процедуру контроля магнитных частиц, которые позволяют отделять магнитные частицы, объединенные с целевым веществом, из жидкости с помощью магнитной силы и суспендировать их в жидкости.
Конфигурации
[ редактировать ]Сама пипетка представляет собой аппарат, состоящий из следующих элементов (см. рис. 2). [ 14 ]
- Наконечник пипетки выполнен с возможностью доступа и аспирации/выпуска жидкости из/в каждый из сосудов, имеющий
- передняя часть,
- часть резервуара,
- проход для жидкости
- соединение передней концевой части и резервуарной части,
- область разделения
- в жидкостном канале, подвергнутом действию магнитного поля, и
- механизм
- для приложения отрицательного или положительного давления к внутренней части пипеточной части для втягивания или выпуска взвешенной жидкости магнитного вещества в или из пипеточной части
- Источник магнитного поля
- расположен снаружи и рядом с наконечником пипетки; и
- Устройство управления источником магнитного поля
- для приведения в действие источника магнитного поля для приложения или удаления магнитного поля в или из области разделения снаружи канала для жидкости. Когда магнит подносится близко к кончику пипетки, создается магнитное поле; при отводе от кончика пипетки магнитное поле исчезает.
Аппарат для экстракции нуклеиновых кислот, включающий пипетки Tajima, обычно состоит из: [ 14 ]
- Вышеупомянутая пипетка Таджима ,
- Множество трубок .
- Множество держателей для вышеупомянутых трубок,
- Транспортное средство
- для транспортировки пипетки Tajima среди этого множества пробирок (пробирки поддерживаются держателем пробирок) и
- Устройство управления
- для управления вышеуказанными устройствами.
Ходатайства
[ редактировать ](а) Захват магнитных шариков.
Во время этого процесса всасывания
когда магнитное поле прикладывается к области отделения наконечника пипетки снаружи наконечника пипетки с помощью магнита, расположенного снаружи наконечника пипетки,
когда жидкость, содержащая магнитные шарики, проходит через разделительную область кончика пипетки,
магнитные частицы притягиваются и удерживаются на внутренней стенке области разделения плитки наконечника пипетки.
Впоследствии, когда этот раствор разряжается в условиях сохраняющегося магнитного поля, внутри наконечника пипетки остаются только магнитные частицы. Таким образом магнитные частицы отделяются от жидкости.
По словам Тадзимы, [ 14 ] предпочтительная высота всасывания жидкой смеси такова, что
- нижний уровень жидкости выше нижнего конца области разделения канала для жидкости (это означает, что нижний уровень жидкости выше нижнего конца магнита).
- когда вся жидкость смеси впитается,
- чтобы гарантировать, что аспирированные магнитные частицы могут быть полностью задержаны.
В это время, поскольку магнитные частицы влажные, они остаются прикрепленными к внутренней поверхности область отделения жидкости от наконечника пипетки. Если наконечник пипетки P сдвинут или при транспортировке магнитные частицы не будут легко отрываться.
(б) Ресуспендирование захваченных магнитных шариков.
После задержания магнитных частиц вышеупомянутым способом (а)
- таким образом, жидкая смесь, удаленная из магнитных частиц, выливается в часть для размещения жидкости (сосуд) и сливается, при этом в наконечнике пипетки остаются только магнитные частицы,
мы можем провести процесс повторного приостановки.
Подробное описание ресуспендирования захваченных магнитных шариков состоит из следующих этапов. Разумеется, мы считаем, что состояние, в котором этот магнитный материал был захвачен вышеуказанным способом.
- Аспирируйте жидкость, например, промывочный буфер, в наконечник.
- Прекратите применение магнитного поля
- При «прекращении приложения магнитного поля» магнитные частицы суспендируются в жидкости.
- Выпуск жидкости (например, промывочного буфера) из кончика пипетки в сосуд (при условии, что магнитная сила, создаваемая корпусом магнита, отключена).
Операции
[ редактировать ]Пример работы устройства для экстракции нуклеиновых кислот, которое включает в себя Пипетки Tajima обычно имеют вид, показанный на рис. 1.
Другие методы
[ редактировать ]Примеры другого типа способа устройства улавливания магнитных частиц заключаются в следующем.
См. также
[ редактировать ]- Хаотропный агент
- экстракция ДНК
- Разделение ДНК адсорбцией кремнезема
- Осадки этанола
- Миниколоночная очистка
- Методы нуклеиновых кислот
- Фенол-хлороформная экстракция
- экстракция РНК
Примечания
[ редактировать ]- ^ Оценка рассчитана на основе даты приоритета Boom и др.; US5234809 [1] , EP0389063 [2] и их семейные патенты.
- ^ Следующие статьи цитировались в «Boom и др.; US5234809 [3] , EP0389063 [4] и их семейных патентах».
- ^ Согласно оригинальному методу Бума, предпочтительно 70% этанола, чтобы ограничить потери урожая.
- ^ Процедуры оценки заказа для оценки заключаются в следующем.
- Радиус каждой частицы (r) составляет около
- 0,5 мкм .
- Итак, объем каждой частицы (V) составляет около 5,2*10. −13 см 3 к
- .
- Когда мы предположили, что магнитные частицы представляют собой Fe 3 O 4 , тогда плотность (D) 5,17 г/см. 3 .
- Таким образом, вес (w) каждой частицы составляет около
- w=VD=2,7 пг
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Бум и др.; US5234809 [6] , EP0389063 [7] и их семейные патенты.
- ^ Перейти обратно: а б с д Р. Бум, К. Дж. Сол, М. М. Салиманс, К. Л. Янсен, П. М. Вертхайм-ван Диллен и Дж. ван дер Ноордаа; «Быстрый и простой метод очистки нуклеиновых кислот». Дж. Клин. Микробиол. Март 1990 г., том. 28 нет. 3 495-503 [8]
- ^ Перейти обратно: а б с д и Матти Корпела; США6468810
- ^ Перейти обратно: а б с д и Технические примечания Bio-Nobile бренда [9]
- ^ Джон Брунштейн; «Методы извлечения образцов: как мы получаем ДНК и РНК» [10] Архивировано 21 октября 2014 г. в Wayback Machine.
- ^ Перейти обратно: а б https://www.hanc.info/labs/labresources/procedures/ACTGIMPAACT%20Lab%20Manual/Standard%20Roche%20Monitor%20Test,%20Boom%20Extraction.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Перейти обратно: а б Гвидо Хенниг; Кристоф Петри; Эллен Сэмпсон. «Автоматизация выделения нуклеиновых кислот для использования in vitro обеспечивает повышение эффективности анализа в лаборатории молекулярной диагностики» (PDF) . Сименс.
- ^ Как работают бусины SPRI?
- ^ «Методы выделения ДНК из больших объемов крови» . Архивировано из оригинала 15 октября 2008 г. Проверено 12 апреля 2013 г.
- ^ Б. Фогельштейн и Д. Гиллеспи; «Препаративная и аналитическая очистка ДНК от агарозы» PNAS 1979 vol. 76 нет. 2 стр.615-619 [11]
- ^ «US5342931» .
- ^ «US5973138» .
- ^ «Очистка и выделение ДНК с помощью магнитных частиц» .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Хидеджи Тадзима;US5702950 [12] , US6331277 [13] ,
US 2001/0007770 A1 [14] и их семейные патенты.
См. также [15]. Архивировано 11 апреля 2013 г. на archive.today .
- ^ Перейти обратно: а б
Хидеджи Тадзима;US6509193 [16]
- ^ Перейти обратно: а б «Устройство и способ разделения магнитных микрочастиц» .
- ^ Перейти обратно: а б «Аппарат и методы магнитной сепарации с использованием внешних магнитных средств» .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час «Магнитный носитель биологического вещества, способ его получения и способ выделения биологического вещества с его использованием» .
- ^ «Магнитный носитель, связывающийся с нуклеиновой кислотой, и способ выделения нуклеиновой кислоты с его использованием» .
- ^ «Наборы для выделения биологических целевых материалов с помощью магнитных частиц кремнезема» .
- ^ Перейти обратно: а б с Магнитные частицы. Архивировано 3 декабря 2013 г. в Wayback Machine (на японском языке).
- ^ Фриман, Лорен. «ГЕНЕКЛИНОВОЕ задание» . www.bio.davidson.edu .
- ^ maxXbond: первая система регенерации ДНК-связывающих кремнеземных матриц К. Х. Эссер, В. Х. Маркс, Т. Лисовский – Природные методы | Замечания по применению, 2006 г. [17] [18] см. также, [19]
- ^ «Медицинское определение ХАОТРОПНОСТИ» . www.merriam-webster.com .
- ^ Перейти обратно: а б с Посетите веб-сайт Precision System Sciences (PSS) Inc. [20] (Написано на японском языке). Веб-сайт их американского филиала: [21]
- ^ «Способ обработки магнитных частиц и устройство биологического анализа с использованием магнитов» .
- ^ «Устройство и способ обработки магнитных частиц» .
- ^ «Устройство и способ смешивания магнитных частиц с жидкостью» .