Геномни изследвания, улеснени чрез ултразвукова обработка
Геномните изследвания революционизираха разбирането ни за биологичните системи, като позволиха изясняването на сложните генетични механизми, лежащи в основата на различни заболявания и признаци. Ултразвуковата обработка, техника, първоначално разработена за разрушаване на клетъчните мембрани, намери широко приложение в геномните изследвания. Тази статия представя общ преглед на приложението на ултразвуковата обработка в геномните изследвания, включително изолирането и фрагментацията на ДНК, хроматиновата имунопреципитация (ChIP) и подготовката на библиотеки за секвениране от следващо поколение. Тази статия представя общ преглед на принципите, методологиите и приложенията на ултразвуковата обработка в геномните изследвания и ви запознава с най-подходящите ултразвукови апарати за геномни изследвания.
Ултразвукови апарати в геномните изследвания
През последните десетилетия геномните изследвания отбелязаха забележителен напредък благодарение на развитието на технологиите за секвениране с висок капацитет и иновативните експериментални методологии. Тези постижения улесниха цялостния анализ на геноми, епигеноми и транскриптоми, като предоставиха знания за генетичната основа на заболяванията, еволюцията и фенотипната изменчивост.
Ултразвуковата обработка, механичен процес, включващ прилагането на физичните сили на ултразвука за разрушаване на молекулни структури, се утвърди като универсален инструмент в геномните изследвания. Ултразвуковата обработка е добре установена техника, използвана за фрагментация на ДНК, срязване на хроматин и подготовка на библиотеки за NGS.
Приложения на ултразвуковата обработка в геномните изследвания
Ултразвуковата обработка се прилага върху биологични проби за подготовката им преди изпитвания, анализ или последващи процеси. Най-честите приложения на ултразвуковата обработка за подготовка на проби включват:
Ултразвуковата обработка се използва за прецизна фрагментация на геномна ДНК, като позволява получаването на ДНК фрагменти с желаните размери за различни последващи приложения, включително PCR, клониране и Саутърн блотинг. Ултразвуковата обработка предлага предимства пред ензимните методи, тъй като позволява гъвкав контрол върху размера и разпределението на фрагментите. Подготовката на проби с висок капацитет с ултразвуковия апарат за плаки UIP400MTP улеснява обработката на голям брой проби.
Прочетете повече за ултразвуковата фрагментация на ДНК и фрагментация на плазмиди!
Прочетете повече за използването на ултразвукова обработка за секвениране от следващо поколение!
Ултразвуков апарат VialTweeter за едновременна подготовка на проби в множество флакони
Как да избера най-добрия ултразвуков апарат за моите изследвания, свързани с ДНК?
Терминът „ултразвукова обработка“ се използва за различни начини на прилагане на ултразвук. Най-разпространените методи са ултразвуковата вана и ултразвуковият апарат със сонда. По-долу ще разберете защо правилният избор на ултразвуков апарат ще подобри качеството и валидността на резултатите от вашите изследвания.
Научете за разликите между различните модели ултразвукови апарати, техните предимства и ограничения. Тук ще разгледаме подробно най-широко използваните модели ултразвукови апарати за геномни изследвания.
Ултразвукова обработка във вана: Защо ултразвуковите вани дават ненадеждни и невъзпроизводими резултати? Пробите за геномни изследвания се поставят във водна вана, оборудвана с няколко ултразвукови преобразувателя, прикрепени към дъното на водния резервоар. Зоните на акустична кавитация възникват много неравномерно в резервоара и не осигуряват постоянна ултразвукова мощност. Този метод обработва пробите с различна интензивност и не осигурява възпроизводими резултати при подготовка на проби, например при фрагментация на ДНК. Вследствие на тази неравномерна обработка не се осигурява контрол върху размера на ДНК фрагментите. С обикновена ултразвукова вана надеждните и повторяеми изследвания са неосъществими.
Искате ли да научите повече за сравнението между ултразвуков апарат със сонда и ултразвукова вана? Щракнете тук!
За разлика от ултразвуковата вана, ултразвуковите апарати Hielscher позволяват прецизен контрол и осигуряват мощен ултразвук. Интензивността на ултразвуковата обработка може да се настрои точно спрямо приложението, така че да се избегне нежеланото разграждане на биологичните проби. Осигурява оптимално запазване на нуклеиновите киселини и другите биомолекули по време на обработката на пробите. Това е особено полезно за геномните изследвания, при които целостта на пробите е от решаващо значение за последващия анализ. Интелигентните функции, като програмируеми настройки, дистанционно управление през браузър и автоматично записване на данни, улесняват изследователската работа в лабораториите.
Модели ултразвукови апарати Hielscher за геномни изследвания
- Ултразвукова обработка със сонда: Ултразвукова сонда се въвежда директно в епруветката с пробата, което позволява локализирана ултразвукова обработка и прецизен контрол върху параметрите на фрагментацията. Този метод е предпочитан при малък брой проби, например отделни флакони или лабораторни чаши.
Намерете тук всички ултразвукови апарати със сонда за фрагментация на ДНК и подготовка на проби! - CupHorn и UIP400MTP: Моделите ултразвукови апарати Hielscher Ultrasonic CupHorn и UIP400MTP Plate Sonicator се различават значително от обикновена ултразвукова вана или резервоар за почистване. Въпреки че на пръв поглед принципът на непряко предаване на ултразвукови вълни през водна вана изглежда сходен – разликата между ултразвуковия CupHorn или апарата за плаки Hielscher и обикновена ултразвукова вана не би могла да бъде по-голяма! При системите Hielscher цялото дъно на CupHorn и на апарата за плаки се привежда в равномерно трептене чрез мощен ултразвук. Това означава, че цялата повърхност вибрира с абсолютно еднаква амплитуда и честота. Няма неактивни зони без ултразвукова обработка, всички проби се обработват с ултразвук с еднаква интензивност! Това осигурява еднакви, възпроизводими резултати при ултразвуковата подготовка на вашите проби.
Тук можете да намерите повече информация за ултразвуковия CupHorn!
Тук можете да намерите повече информация за ултразвуковия апарат за плаки UIP400MTP! - VialTweeter: VialTweeter използва уникална конструкция на вибриращ блоков сонотрод с гнезда за флакони, за да предава ултразвукова енергия директно във флаконите с проби, без да е необходимо потапяне във водна вана или друга среда. Този непряк, но високоефективен метод на ултразвукова обработка е идеален за обработване на до 10 затворени флакона и предотвратява кръстосаното замърсяване.
Прочетете повече за ултразвуковата обработка без замърсяване на до 10 затворени флакона с VialTweeter!
Ултразвуков CupHorn за интензивна ултразвукова обработка на затворени епруветки и флакони за стерилна фрагментация на ДНК.
Ултразвукови апарати в автоматизирани системи – лесна интеграция
Ултразвуковите апарати Hielscher могат да бъдат интегрирани в автоматизирани системи. Благодарение на отворения мрежов интерфейс и функциите за програмиране ултразвуковите апарати Hielscher са подходящи за автоматизация. Интеграцията със системи за автоматизация и роботика позволява обработка на проби за геномни изследвания с висок капацитет, което улеснява мащабните изследвания и инициативите за персонализирана медицина. Възможността за интегриране на вашия ултразвуков апарат в автоматизирана система за подготовка на проби оптимизира манипулирането на пробите и ще осигури ефективна, възпроизводима и безопасна обработка при разнообразни приложения и типове проби.
- висока ефективност
- най-съвременна технология
- надеждност и здравина
- регулируем, прецизен контрол на процеса
- партидна обработка и обработка в линия
- за всякакъв обем
- интелигентен софтуер
- интелигентни функции (напр. програмируемост, регистриране на данни, дистанционно управление)
- лесна и безопасна работа
- минимална поддръжка
- CIP (почистване на място)
Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия
Ултразвуковите апарати Hielscher са добре познати с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни среди.
Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати Hielscher съответстват на CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите лабораторни ултразвукови апарати, които са идеални за задачи по подготовка на проби, като фрагментация на ДНК и РНК, клетъчен лизис, както и изолиране на ДНК и протеини:
| Устройство | Мощност [W] | Тип | Обем [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | за микроплаки | 6 – 3456 ямки | VialTweeter | 200 | за до 10 флакона плюс възможност за закрепване със скоба | 0,5 – 1,5 |
| UP50H | 50 | със сонда | 0,01 – 250 |
| UP100H | 100 | със сонда | 0,01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | със сонда | 0,1 – 1000 |
| UP200St | 200 | със сонда | 0,1 – 1000 |
| UP400St | 400 | със сонда | 5,0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, сонореактор | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | проточна клетка без замърсяване |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Често задавани въпроси за геномиката и ултразвуковата обработка
Тук ще намерите отговорите на най-често задаваните въпроси за ултразвуковата обработка и геномните изследвания.
Какво прави ултразвуковата обработка с ДНК?
Ултразвуковата обработка разкъсва ДНК на по-малки фрагменти чрез прилагане на високочестотни звукови вълни, които създават механични сили и предизвикват разкъсване на ДНК веригите в случайни точки. Регулирането на интензивността на ултразвуковата обработка позволява получаването на по-големи или по-малки ДНК фрагменти в зависимост от изискванията за последваща обработка и анализ.
Какъв е протоколът за ултразвукова обработка за фрагментация на ДНК?
Типичният протокол за ултразвукова обработка за фрагментация на ДНК включва прилагане на ултразвукови вълни към ДНК проби в буферен разтвор чрез поредица от кратки импулси, последвани от интервали за охлаждане, за да се предотврати нагряването на пробите. Параметри като амплитуда, продължителност и брой цикли се оптимизират според типа на пробата и желания размер на фрагментите.
Как действа ултразвуковата обработка при срязване на ДНК?
Ултразвуковата обработка за срязване на ДНК включва прилагане на контролирани механични сили към ДНК молекулите посредством ултразвукови вълни. Тези сили разрушават водородните връзки и другите взаимодействия, които държат ДНК веригите заедно, което води до случайни разкъсвания и фрагментация на ДНК на по-малки части.
Колко дълго трябва да обработвате ДНК проби с ултразвук?
Продължителността на ултразвуковата обработка на ДНК проби зависи от фактори като обема на пробата, концентрацията и желания размер на фрагментите. Обикновено ултразвуковата обработка се извършва на кратки импулси с продължителност от няколко секунди до няколко минути, с интервали за охлаждане, за да се предотврати прегряването на пробите.
Кой е най-добрият ултразвуков апарат за изолиране на ДНК?
Изборът на най-добрия ултразвуков апарат за изолиране на ДНК зависи от фактори като обема на пробата, капацитета за обработка на проби и желания размер на фрагментите. Някои популярни варианти включват ултразвуковия апарат за плаки Hielscher UIP400MTP, VialTweeter, CupHorn и ултразвуковата сонда UP100H. Тези ултразвукови апарати предлагат прецизен контрол върху параметрите на ултразвуковата обработка и са подходящи за различни приложения за изолиране на ДНК в изследователски лаборатории.
Какво е геномика?
Геномиката е мултидисциплинарен клон на биологията, който се занимава с разбирането на пълния състав, функциите, еволюцията, картографирането и модификацията на геномите. Геномът обхваща цялата ДНК в един организъм, включително неговите гени и сложната им триизмерна организация. За разлика от генетиката, която се фокусира върху отделни гени и моделите на тяхното унаследяване, геномиката има за цел цялостно да характеризира и количествено да определи всички гени в един организъм, като изяснява взаимодействията им и въздействието им върху организма като цяло. Гените играят основна роля в направляването на синтеза на протеини, подпомаган от ензими и сигнални молекули. Тези протеини от своя страна изграждат структурните компоненти на органите и тъканите, регулират биохимичните процеси и улесняват комуникацията между клетките. Геномиката обхваща секвенирането и анализа на цели геноми, като използва техники за секвениране на ДНК с висок капацитет и биоинформатични инструменти за разшифроване на структурата и функциите на геномите в тяхната цялост.
Геномиката изучава целия генетичен материал на един организъм, включително неговата ДНК последователност, организация, функция и изменчивост. Тя обхваща анализа на гените, техните взаимодействия и влиянието им върху признаците и поведението. Геномните изследвания включват различни техники и подходи за разбиране на структурата и функцията на геномите, както и на ролята им в здравето, заболяванията, еволюцията и други биологични процеси.
Геномните изследвания имат за цел:
- Секвениране на геноми: Това включва определяне на реда на нуклеотидите (A, T, C и G) в ДНК на един организъм. Това може да обхваща целия геном или конкретни участъци, представляващи интерес.
- Анализ на генетичната изменчивост: Геномните изследвания проучват вариациите в ДНК последователностите между индивиди или популации, което може да предостави знания за генетичната основа на заболяванията, признаците и еволюционните процеси.
- Функционална геномика: Тази област изследва как гените функционират и взаимодействат помежду си и с околната среда. Тя включва транскриптомика (изучаване на генната експресия), протеомика (изучаване на протеините) и метаболомика (изучаване на метаболитите).
- Сравнителна геномика: Като сравняват геномите на различни видове, изследователите могат да разкрият еволюционни връзки, да идентифицират консервативни участъци и да разберат генетичната основа на биологичното разнообразие.
- Медицинска геномика: Геномните изследвания в медицината се фокусират върху разбирането на генетичната основа на заболяванията, прогнозирането на риска от заболяване и разработването на персонализирани лечения и интервенции.
Геномните изследвания доведоха до значителен напредък в области като медицината, селското стопанство, еволюционната биология и биотехнологиите, като допринесоха за разбирането ни за живота на молекулно ниво и за подобряването на човешкото здраве и благосъстояние.
Литература / Източници
- Poptsova, M., Il’icheva, I., Nechipurenko, D. et al. (2014): Non-random DNA fragmentation in next-generation sequencing. Scientific Reports 4, 4532; 2014.
- Basselet P., Wegrzyn G., Enfors S.-O., Gabig-Ciminska M. (2008): Sample processing for DNA chip array-based analysis of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC). Microbial Cell Factories 7:29. 2008.
- Doublier S., Riganti Ch., Voena C., Costamagna C., Aldieri E., Pescarmona G., Ghigo D., Bosia A. (2008): RhoA Silencing Reverts the Resistance to Doxorubicin in Human Colon Cancer Cells. Molecular Cancer Research 6(10), 2008.
- Fredlund E., Gidlund A., Olsen M., Börjesson T., Spliid N.H.H., Simonsson M. (2008): Method evaluation of Fusarium DNA extraction from mycelia and wheat for down-stream real-time PCR quantification and correlation to mycotoxin levels. Journal of Microbiological Methods 2008.
- Fritsche C., Sitz M., Weiland N., Breitling R., Pohl H.-D. (2007): Characterization of the growth behavior of Leishmania tarentolae – a new expression system for recombinant proteins. Journal of Basic Microbiology 47, 2007. 384–393.
- Ristola M., Arpiainen S., Saleem M. A., Mathieson P. W., Welsh G. I., Lehtonen S., Holthöfer H. (2009): Regulation of Neph3 gene in podocytes – key roles of transcription factors NF-κB and Sp1. BMC Molecular Biology 10:83, 2009.
- Rodriguez J., Vives L., Jorda M., Morales C., Munoz M., Vendrell E., Peinado M. A. (2008): Genome-wide tracking of unmethylated DNA Alu repeats in normal and cancer cells. Nucleic Acids Research Vol. 36, No. 3, 2008. 770-784.
- Weiske J. Huber O. (2006): The Histidine Triad Protein Hint1 Triggers Apoptosis Independent of Its Enzymatic Activity. The Journal of Biological chemistry. Vol. 281, No. 37, 2006. 27356–27366.
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори с размери от лабораторни до промишлени.