Подготовка на проби с висока производителност за митохондриална диагностика
Митохондриалната диагностика в изследванията и клиниките се извършва с помощта на различни техники като секвениране, PCR и биохимични анализи. Тези методи се използват за идентифициране на ДНК мутации и измерване на митохондриалната функция. Секвенирането помага за откриване на генетични мутации, докато PCR може да определи количествено специфични ДНК последователности. Биохимичните анализи оценяват функционалността на митохондриалните протеини и ензими.
Диагностиката на митохондриалните заболявания е особено трудна поради изразената клинична променливост на тези заболявания, както и поради сложното взаимодействие между два различно наследени генома: митохондриална ДНК (мтДНК) и ядрен геном.
Извличане и фрагментация на ДНК с помощта на соникация
Извличането на ДНК от мускулна тъкан е особено полезно, когато се подозират тъканно-специфични промени в мтДНК. Тези промени могат да включват делеции на мтДНК при хронична прогресивна външна офталмоплегия (CPEO), точкови мутации на мтДНК при митохондриални миопатии или изчерпване на мтДНК при синдром на Алперс. ДНК, извлечена от мускулна тъкан, може да се използва за различни генетични тестове, като Southern blot и PCR на дълги разстояния за делеции, PCR в реално време за изчерпване или секвениране за точкови мутации.
Соникацията, използваща интензивни ултразвукови вълни, се прилага за няколко приложения в митохондриалната диагностика. Използва се за лизиране на клетки за извличане на вътреклетъчно съдържание като митохондрии и ДНК, за срязване на ДНК като мтДНК и нДНК за секвениране и за хомогенизиране на проби.
Как да изолираме митохондриите от клетките и тъканите
Митохондриалната изолация се състои от две основни стъпки: разрушаване на клетките, за да освободят съдържанието си, и използване на диференциално центрофугиране за разделяне и възстановяване на митохондриални фракции.
ултразвук
Ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими със стандартните буфери и комплекти за лизис, което ги прави подходящи за изолиране на митохондрии. Уникирането служи за две основни цели:
- Клетъчен лизис: Ултразвуковите вълни нарушават клетъчните мембрани, освобождавайки вътреклетъчно съдържание.
- Митохондриални нарушения: Сонирането в следваща стъпка може да разбие митохондриите, за да освободи митохондриални протеини или митохондриална ДНК.
- Фрагментация на мтДНК: Соникацията е надеждна техника за срязване на митохондриална ДНК за секвениране.
Многоямковият пластинен соникатор UIP400MTP позволява високопроизводителна подготовка на проби от митохондриални проби. Във връзка с диференциалното центрофугиране, ултразвукът повишава ефективността на митохондриалната изолация, осигурявайки високи добиви на непокътнати митохондрии, подходящи за различни приложения надолу по веригата.
Примерни инструкции за ултразвукова фрагментация на мтДНК
Приготвяне и извличане:
- Мишки C57BL/6 са убити от изкълчване на шийката на матката.
- Черният дроб бързо се извлича и измива в ледено студен стерилен PBS.
Изолация на митохондриите:
- Митохондриите са изолирани с помощта на 2-mL тъканна мелница Dounce и комплект за изолиране на митохондрии за тъкани.
- Първоначално центрофугиране при 700× g и 3 000× g.
- Изпълнете две допълнителни стъпки на измиване с буфер C.
Изолиране на ДНК:
- Пелетите от първото центрофугиране при 700× g са използвани за изолиране на ядрена ДНК (nDNA).
- ДНК е изолирана с помощта на спинови колони.
- Митохондриалната ДНК (мтДНК) е извлечена от изолирани митохондрии.
- Ядрената ДНК (nDNA) е извлечена от груби ядрени екстракти, и двата от чернодробна тъкан на мишки.
Фрагментация на ДНК:
- ДНК е фрагментирана върху лед с помощта на ултразвуков ултразвуков ултразвук UP50H с 0,5-милиметров сонотрод с микронакрайник при 14 μm за 2 × 30 секунди.
Визуализация и количествено определяне на фрагментацията:
- Фрагментацията след ултрасонификация се визуализира върху 1% агарозен гел с SYBR безопасно ДНК багрило.
- Относителното изобилие на мтДНК и нДНК се определя чрез qPCR.
(срв. Mariero et al., 2019)
За подготовка на проби с висока производителност многоямковият пластинчатият ултразвук UIP400MTP улеснява подготовката на голям брой проби в стандартни 96-ямкови, многоямкови и микротитрни плаки.
Прочетете повече за предимствата на подготовката на проби с висока производителност с помощта на UIP400MTP!
Съвети за оптимална изолация на митохондриите чрез соникация:
- Контрол на температурата: Изпълнете всички стъпки при температурен диапазон от 0°C до 4°C. Това е от решаващо значение за поддържане на целостта и функционалността на митохондриите.
- Ефективност и бързина: Работете бързо и пречиствайте митохондриите само до степента, необходима за вашето конкретно приложение. Прекомерната манипулация може да доведе до значителни загуби на митохондриално съдържание.
- Разреждане на суспензии: Поддържайте ниски концентрации на клетъчни и органелни суспензии по време на процеса на изолиране. Това помага да се сведат до минимум рисковете от улавяне и аглутинация, като по този начин се подобрява чистотата на изолираните митохондрии.
- Обем на пробата: Изберете няколко малки препарата, а не един голям. Този подход обикновено води до по-добри добиви, тъй като увеличаването не увеличава пропорционално количеството възстановими митохондрии. Многоямковият плачен ултразвук UIP400MTP улеснява бързия и надежден лизис на клетките за изолиране на митохондриите, както и извличането на протеини от митохондриите.
Тези насоки ще направят процеса на изолиране с помощта на ултразвуков лизис и центрофугиране по-ефективен, като се получат висококачествени митохондриални препарати, подходящи за приложения надолу по веригата.
Хилшер Соникатори – Качество, произведено в Германия
Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.
Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Литература / Препратки
- FactSheet UIP400MTP Multi-well Plate Sonicator – Non-Contact Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- UIP400MTP-Multi-well-Plate-Sonicator-Infographic
- De Oliveira A, Cataneli Pereira V, Pinheiro L, Moraes Riboli DF, Benini Martins K, Ribeiro de Souza da Cunha MDL (2016): Antimicrobial Resistance Profile of Planktonic and Biofilm Cells of Staphylococcus aureus and Coagulase-Negative Staphylococci. International Journal of Molecular Sciences 17(9):1423; 2016.
- Martins KB, Ferreira AM, Pereira VC, Pinheiro L, Oliveira A, Cunha MLRS (2019): In vitro Effects of Antimicrobial Agents on Planktonic and Biofilm Forms of Staphylococcus saprophyticus Isolated From Patients With Urinary Tract Infections. Frontiers in Microbiology 2019.
Често задавани въпроси за митохондриите и митохондриалната диагностика
Какво представляват митохондриите?
Митохондриите са мембранно свързани органели, намиращи се в клетките на повечето еукариотни организми. Те са известни като електроцентралите на клетката, защото произвеждат енергия под формата на аденозин трифосфат (АТФ) чрез процеса на клетъчно дишане. Освен това митохондриите имат своя собствена ДНК и играят ключова роля в други клетъчни процеси, включително регулирането на клетъчния цикъл и клетъчната смърт.
Какво отличава мтДНК от геномната ДНК?
Митохондриалната ДНК (мтДНК) се различава от геномната ДНК (гДНК) по няколко ключови начина. МтДНК се намира в митохондриите, кръгова е и се наследява по майчина линия, докато гДНК се намира в клетъчното ядро, линейна е и се наследява от двамата родители. МтДНК е много по-малка, кодираща само 37 гена, докато гДНК съдържа около 20 000-25 000 гена. МтДНК присъства в множество копия на клетка, има по-висока скорост на мутация и кодира предимно протеини, участващи в митохондриалната функция. За разлика от тях, gDNA обикновено е диплоидна, има по-ниска степен на мутация и кодира широк набор от гени, необходими за развитието и функцията на организма. Освен това транскрипцията и транслацията на мтДНК се случват в митохондриите, докато транскрипцията на гДНК се случва в ядрото, а транслацията се случва в цитоплазмата. Тези разлики отразяват техните различни роли и еволюционен произход.
Какво е безклетъчен екстракт?
Безклетъчният екстракт е разтвор, съдържащ съдържанието на лизирани клетки, включително протеини, нуклеинови киселини и други клетъчни компоненти, но без непокътнати клетъчни мембрани. Този екстракт се използва в биохимични и молекулярни биологични изследвания за изучаване на клетъчните процеси in vitro, което позволява на изследователите да анализират реакции и механизми извън живите клетки.
Какво е диференциално центрофугиране?
Диференциалното центрофугиране е широко използвана техника за клетъчно фракциониране и митохондриална изолация. Този метод разделя клетъчните структури въз основа на техния коефициент на утаяване, който зависи както от плътността, така и от формата. Процесът включва прилагане на различни нива на центробежна сила към проби в буферирани солни разтвори със специфична плътност. Структурите със сходни коефициенти на утаяване ще се утаят на дъното на събирателната тръба едновременно, което ще позволи тяхното възстановяване.
Как се използва диференциалното центрофугиране за изолиране на митохондрии?
Диференциалното центрофугиране позволява на изследователите ефективно да отделят митохондриалните фракции от други клетъчни компоненти. Изолирането на митохондриите включва няколко стъпки на центрофугиране и последващо възстановяване на изолата.
Първоначално центрофугиране: Приложете ниска центробежна сила към утайка, големи клетъчни отломки и ядра.
Последващи центрофугирания: Увеличете центробежната сила поетапно до фракции на пелети, обогатени с митохондрии. Всяка стъпка на центрофугиране премахва структури с прогресивно по-високи коефициенти на утаяване.
Възстановяване на фракции: След всяко центрофугиране пелетата се събира и супернатантът се подлага на по-високи g-сили, за да се изолира следващата фракция. Това се повтаря, докато се постигне желаната чистота на митохондриите.