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核酸分离与纯化的原则、步骤

来源:中国仪器批发网2018-07-27 10:53:47浏览:1031
  磁珠提核酸
  
  磁珠法纯化DNA主要是利用利息交换吸附材料吸附核酸,从而将核酸和蛋白质等其细胞中其他物质分离。本文主要概述了核酸分离与纯化的原则、核酸分离与纯化的步骤、磁珠法纯化DNA原理。
  
  核酸分离与纯化的原则
  
  核酸在细胞中总是与各种蛋白质结合在一起的。核酸的分离主要是指将核酸与蛋白质、多糖、脂肪等生物大分子物质分开。
  
  在分离核酸时应遵循以下原则:保证核酸分子一级结构的完整性;排除其他分子污染。
  
  核酸分离与纯化的步骤
  
  大多数核酸分离与纯化的方法一般都包括了细胞裂解、酶处理、核酸与其他生物大分子物质分离、核酸纯化等几个主要步骤。每一步骤又可由多种不同的方法单独或联合实现。
  
  1. 细胞裂解:核酸必须从细胞或其他生物物质中释放出来。细胞裂解可通过机械作用、化学作用、酶作用等方法实现。
  
  (1)机械作用:包括低渗裂解、超声裂解、微波裂解、冻融裂解和颗粒破碎等物理裂解方法。这些方法用机械力使细胞破碎,但机械力也可引起核酸链的断裂,因而不适用于高分子量长链核酸的分离。
  
  (2)化学作用:在一定pH环境和变性条件下,细胞破裂,蛋白质变性沉淀,核酸被释放到水相。上述变性条件可通过加热、加入表面活性剂(SDS、Triton X-100等) 或强离子剂(异硫氰酸胍、盐酸胍、肌酸胍) 而获得。而pH环境则由加入的强碱(NaOH)或缓冲液 (TE、STE等) 提供。在一定的pH环境下,表面活性剂或强离子剂可使细胞裂解、蛋白质和多糖沉淀,缓冲液中的一些金属离子螯合剂(EDTA等)可螯合维持核酸酶活性所必须的金属离子Mg2+、Ca2+,从而抑制核酸酶的活性,保护核酸不被降解。
  
  (3)酶作用:主要是通过加入溶菌酶或蛋白酶(蛋白酶K、植物蛋白酶或链酶蛋白酶)以使细胞破裂,核酸释放。蛋白酶还能降解与核酸结合的蛋白质,促进核酸的分离。其中溶菌酶能催化细菌细胞壁的蛋白多糖N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸残基间的β-(1 ,4) 键水解。蛋白酶K能催化水解多种多肽键,其在65℃及有EDTA、尿素(1~4mol/L) 和去污剂(0.5%SDS或 1%Triton X-100)存在时仍保留酶活性,这有利于提高对高分子量核酸的提取效率。在实际工作中,酶作用、机械作用、化学作用经常联合使用。具体选择哪种或哪几种方法可根据细胞类型、待分离的核酸类型及后续实验目的来确定。
  
  2.酶处理:在核酸提取过程中,可通过加入适当的酶使不需要的物质降解,以利于核酸的分离与纯化。如在裂解液中加入蛋白酶(蛋白酶K或链酶蛋白酶) 可以降解蛋白质,灭活核酸酶(DNase和RNase),DNase和RNase也用于去除不需要的核酸。
  
  3.核酸的分离与纯化:核酸的高电荷磷酸骨架使其比蛋白质、多糖、脂肪等其他生物大分子物质更具亲水性,根据它们理化性质的差异,用选择性沉淀、层析、密度梯度离心等方法可将核酸分离、纯化。
  
  (1)酚提取/沉淀法:核酸分离的一个经典方法是酚∶氯仿抽提法。细胞裂解后离心分离含核酸的水相,加入等体积的酚∶氯仿∶异戊醇(25∶24∶1体积) 混合液。依据应用目的,两相经漩涡振荡混匀(适用于分离小分子量核酸)或简单颠倒混匀(适用于分离高分子量核酸)后离心分离。疏水性的蛋白质被分配至有机相,核酸则被留于上层水相。酚是一种有机溶剂,预先要用STE缓冲液饱和,因未饱和的酚会吸收水相而带走一部分核酸。酚也易氧化发黄,而氧化的酚可引起核酸链中磷酸二酯键断裂或使核酸链交联:故在制备酚饱和液时要加入82羟基喹咛,以防止酚氧化。氯仿可去除脂肪,使更多蛋白质变性,从而提高提取效率。异戊醇则可减少操作过程中产生的气泡。核酸盐可被一些有机溶剂沉淀,通过沉淀可浓缩核酸,改变核酸溶解缓冲液的种类以及去除某些杂质分子。典型的例子是在酚、氯仿抽提后用乙醇沉淀,在含核酸的水相中加入pH5.0~5.5,终浓度为0.3M的NaOAc或KOAc后,钠离子会中和核酸磷酸骨架上的负电荷,在酸性环境中促进核酸的疏水复性。然后加入2~2.5倍体积的乙醇,经一定时间的孵育,可使核酸有效地沉淀。其他的一些有机溶剂(异丙醇、聚乙二醇(等)和盐类(10.0mol/L醋酸铵、8.0mol/L的氯化锂、氯化镁和低浓度的氯化锌等)。不同的离子对一些酶有抑制作用或可影响核酸的沉淀和溶解,在实际使用时应予以选择。经离心收集,核酸沉淀用70%的乙醇漂洗以除去多余的盐分,即可获得纯化的核酸。
  
  (2)层析法:层析法是利用不同物质某些理化性质的差异而建立的分离分析方法。包括吸附层析、亲和层析、离子交换层析等方法在内的层析法。因分离和纯化同步进行,并且有商品试剂盒供应,而被广泛应用于核酸的纯化。在一定的离子环境下,核酸可被选择性地吸附到硅土、硅胶或玻璃表面而与其他生物分子分离。另外一些选择性吸附方法以经修饰或包被的磁珠作为固相载体,磁珠可通过磁场分离而无需离心,结合至固相载体的核酸可用低盐缓冲液或水洗脱。该法分离纯化核酸,具有质量好、产量高、成本低、快速、简便、节省人力以及易于实现自动化等优点。
  
  (3)吸附法:玻璃粉或玻璃珠被证实为一种有效的核酸吸附剂。在高盐溶液中,核酸可被吸附至玻璃基质上,离液盐碘化钠或高氯酸钠可促进DNA与玻璃基质的结合。在该方法中,细胞在碱性环境下裂解,裂解液用醋酸钾缓冲液中和后,直接加至含异丙醇的玻璃珠滤板,被异丙醇沉淀的质粒DNA结合至玻璃珠,用80%乙醇真空抽洗除去细胞残片和蛋白质沉淀。最后用含RNase的TE缓冲液洗脱与玻璃珠结合的DNA,获得的DNA可直接用于测序。
  
  磁珠法纯化DNA原理
  
  磁珠法核酸纯化技术采用了纳米级磁珠微珠,这种磁珠微珠的表面标记了一种官能团,能同核酸发生吸附反应。
  
  硅磁(Magnetic Silica Particle)就是指磁珠微珠表面包裹一层硅材料,来吸附核酸,其纯化原理类型于玻璃奶的纯化方式。
  
  离心磁珠是指磁珠微珠表面包裹了一层可发生离心交换的材料(如DEAE,COOH)等,从而达到吸附核酸目的。不同性质的磁珠微珠所对应的纯化原理是不一致。使用磁珠法来纯化核酸的最大优点就是自动化。磁珠在磁场条件下可以发生聚集或分散,从而可彻底摆脱离心等所需的手工操作流程。
  

  使用羧化磁珠同样可以分离纯化质粒DNA。该法在细胞裂解后,离心分离含质粒的水相,再加入羧化的磁粒,然后用PEG/NaCl沉淀,使目的DNA吸附至磁珠,最后磁场分离被吸附的DNA,经乙醇洗涤,用TE洗脱,可获得高产量的适用于毛细管测序的模板DNA


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