Genomska istraživanja uz pomoć ultrazvuka
Genomska istraživanja su revolucionirala naše razumijevanje bioloških sistema, omogućavajući razjašnjavanje složenih genetskih mehanizama koji leže u osnovi različitih bolesti i osobina. Sonikacija, tehnika prvobitno razvijena za razbijanje ćelijskih membrana, našla je veliku korist u istraživanju genoma. Ovaj članak daje pregled primjene sonikacije u genomskim studijama, uključujući izolaciju i fragmentaciju DNK, imunoprecipitaciju hromatina (ChIP) i pripremu biblioteka za sekvenciranje sljedeće generacije. Ovaj članak pruža pregled principa, metodologija i primjena ultrazvuka u istraživanju genoma i upoznaje vas s najprikladnijim sonikatorima za istraživanje genoma.
Sonikatori u genomskim istraživanjima
Genomska istraživanja su doživjela izuzetan napredak u posljednjih nekoliko decenija, podstaknuta razvojem visokopropusnih tehnologija sekvenciranja i inovativnih eksperimentalnih metodologija. Ovaj napredak je olakšao sveobuhvatnu analizu genoma, epigenoma i transkriptoma, nudeći uvid u genetsku osnovu bolesti, evoluciju i fenotipske varijacije.
Sonikacija, mehanički proces koji uključuje primjenu fizičkih sila ultrazvuka da poremeti molekularne strukture, pojavio se kao svestran alat u genomskim istraživanjima. Sonication je dobro uspostavljena tehnika koja se koristi za fragmentaciju DNK, smicanje hromatina i pripremu NGS biblioteke.
Primjena ultrazvučne obrade u genomskim istraživanjima
Sonikacija se primjenjuje na biološke uzorke za pripremu uzoraka prije analize, analize ili u pripremi za daljnje procese. Najčešće aplikacije za pripremu uzoraka koje koriste sonikaciju uključuju:
Sonikacija se koristi za preciznu fragmentaciju genomske DNK, omogućavajući stvaranje fragmenata DNK željene veličine za različite nizvodne primjene, uključujući PCR, kloniranje i Southern blot. Sonikacija nudi prednosti u odnosu na enzimske metode, jer omogućava fleksibilnu kontrolu nad veličinom i distribucijom fragmenata. Visoko propusna priprema uzoraka sa sonikatorom ploča UIP400MTP pojednostavljuje obradu velikog broja uzoraka.
Pročitajte više o ultrazvuku DNK fragmentacija i Fragmentacija plazmida!
Pročitajte više o korištenju ultrazvuka za sekvenciranje sljedeće generacije!
VialTweeter Sonicator za istovremenu pripremu uzorka više bočica
Kako da odaberem najbolji sonikator za svoja istraživanja vezana za DNK?
Pojam “sonication” koristi se za različite načine primjene ultrazvuka. Najrasprostranjenije metode su ultrazvučna kupka i sonikator tipa sonde. U nastavku ćete otkriti zašto će pravi izbor sonikatora poboljšati kvalitetu i valjanost rezultata vašeg istraživanja.
Saznajte više o razlikama između različitih modela ultrasonikatora, njihovim prednostima i ograničenjima. Ovdje ćemo zaroniti u najčešće korištene modele sonikatora za genomska istraživanja.
Sonikacija kupke: Zašto sonikatori tipa kupke daju nepouzdane rezultate koji se ne mogu ponoviti? Genomski uzorci se stavljaju u vodeno kupatilo opremljeno sa nekoliko ultrazvučnih pretvarača pričvršćenih na dno rezervoara za vodu. Tačke akustične kavitacije se javljaju vrlo neravnomjerno kroz rezervoar i ne daju dosljednu snagu ultrazvuka. Ova metoda tretira uzorke različitim intenzitetom i ne daje ponovljive rezultate u pripremi uzorka kao što je fragmentacija DNK. Kao posljedica ovog neujednačenog tretmana, kontrola nad veličinom fragmenta DNK nije data. Uz uobičajenu ultrazvučnu kupku, pouzdano, ponovljivo istraživanje je neizvodljivo.
Želite li saznati više o sonikatoru tipa sonde u odnosu na ultrazvučnu kupku? Kliknite ovdje!
Za razliku od ultrazvučne kupke, Hielscher su sonikatori koji se precizno kontroliraju i isporučuju moćan ultrazvuk. Intenzitet ultrazvučne obrade može se precizno podesiti prema aplikaciji tako da se izbjegne neželjena degradacija bioloških uzoraka. Osigurava optimalno očuvanje nukleinskih kiselina i drugih biomolekula tokom obrade uzorka. Ovo je posebno korisno za genomska istraživanja, gdje je integritet uzorka kritičan za nizvodnu analizu. Pametne karakteristike kao što su programibilna podešavanja, daljinsko upravljanje pretraživačem i automatsko snimanje podataka olakšavaju istraživački rad u laboratorijama.
Hielscher Sonicator modeli za genomska istraživanja
- Sonikacija tipa sonde: Sonda za ultrazvuk je direktno umetnuta u epruvetu za uzorke, omogućavajući lokalizovanu sonikaciju i preciznu kontrolu parametara fragmentacije. Ova metoda je poželjna za male uzorke kao što su pojedinačne bočice ili čaše.
Ovdje pronađite sve sonikatore tipa sonde za fragmentaciju DNK i pripremu uzorka! - CupHorn i UIP400MTP: Hielscher modeli ultrazvučnog sonikatora Ultrasonic Cuphorn i UIP400MTP Plate Sonicator značajno se razlikuju od uobičajene ultrazvučne kupke ili rezervoara za čišćenje. Dok na prvi pogled, princip indirektnog prenosa ultrazvučnih talasa kroz vodeno kupatilo izgleda sličan – razlika između Hielscher ultrazvučnog cuphorna ili sonikatora ploča i uobičajene ultrazvučne kupke ne može biti veća! U Hielscher sistemima, kompletno dno sonikatora za čaše i ploče ravnomjerno se agitira snažnim ultrazvukom. To znači da cijela površina vibrira potpuno istom amplitudom i frekvencijom. Nije pronađeno mrtvo, nesonicirano mjesto, svi uzorci su sonikirani istim intenzitetom! Ovo osigurava ujednačene, ponovljive rezultate u pripremi ultrazvučnog uzorka.
Više informacija o ultrazvučnom kuphornu možete pronaći ovdje!
Više informacija o sonikatoru ploča UIP400MTP možete pronaći ovdje! - VialTweeter: VialTweeter koristi jedinstveni dizajn vibrirajuće blok sonotrode koja drži bočicu za prijenos ultrazvučne energije direktno u bočice za uzorke bez potrebe za uranjanjem u vodeno kupatilo ili drugi medij. Ova indirektna, ali vrlo učinkovita metoda sonikacije idealna je za tretman do 10 zatvorenih bočica i izbjegava unakrsnu kontaminaciju.
Pročitajte više o ultrazvuku bez kontaminacije do 10 zatvorenih bočica s VialTweeterom!
Ultrazvučni kuphorn za intenzivnu sonikaciju zatvorenih epruveta i bočica za sterilnu fragmentaciju DNK.
Sonikatori u automatizovanim sistemima – Jednostavna integracija
Hielscher sonikatori se mogu integrirati u automatizirane sustave. Sa otvorenim mrežnim sučeljem i programskim značajkama, Hielscher sonikatori su pogodni za automatizaciju. Integracija s automatizacijom i robotikom omogućava obradu genomskih uzoraka visoke propusnosti, olakšavajući studije velikih razmjera i personalizirane medicinske inicijative. Mogućnost integracije vašeg sonikatora u automatizovani sistem za pripremu uzoraka optimizuje rukovanje uzorkom i obezbediće efikasnu, ponovljivu i sigurnu obradu uzoraka u različitim aplikacijama i tipovima uzoraka.
- visoka efikasnost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- serija & U redu
- za bilo koju zapreminu
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. programiranje, protokoliranje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavan i siguran za rad
- nisko održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany
Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnog kapaciteta obrade naših laboratorijskih ultrazvučnih aparata, koji su idealni za zadatke pripreme uzoraka kao što su fragmentacija DNK i RNK, liza stanica kao i izolacija DNK i proteina:
| Uređaj | Snaga [W] | Tip | Volumen [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | za mikroploče | 6 – 3456 bunara | VialTweeter | 200 | za do 10 bočica plus mogućnost pričvršćivanja | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | tipa sonde | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | tipa sonde | 0.01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | tipa sonde | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | tipa sonde | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | tipa sonde | 5.0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, sonoreaktor | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | protočna ćelija bez kontaminacije |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Često postavljana pitanja o genomici i sonikaciji
Ovdje pronađite odgovore na najčešće postavljana pitanja kada su u pitanju ultrazvučna i genomska istraživanja.
Šta je sonikacija za DNK?
Obrada ultrazvukom razbija DNK na manje fragmente primjenom visokofrekventnih zvučnih valova koji stvaraju mehaničke sile, uzrokujući lomljenje lanaca DNK na nasumične točke. Podešavanje intenziteta ultrazvučne obrade omogućava stvaranje većih ili manjih fragmenata DNK u zavisnosti od zahteva za naknadnu obradu i analizu.
Koji je protokol sonikacije za fragmentaciju DNK?
Tipičan protokol ultrazvučne obrade za fragmentaciju DNK uključuje primjenu ultrazvučnih valova na uzorke DNK u puferskom rastvoru za niz kratkih rafala, nakon čega slijede intervali hlađenja kako bi se spriječilo zagrijavanje uzorka. Parametri kao što su amplituda, trajanje i broj ciklusa optimizirani su na osnovu tipa uzorka i željene veličine fragmenta.
Kako ultrazvuk radi za smicanje DNK?
Sonikacija za smicanje DNK uključuje primjenu kontroliranih mehaničkih sila na molekule DNK pomoću ultrazvučnih valova. Ove sile ometaju vodonične veze i druge interakcije koje drže lance DNK zajedno, što dovodi do nasumičnih lomova i fragmentacije DNK na manje komade.
Koliko dugo treba sonicirati uzorke DNK?
Trajanje sonikacije za uzorke DNK ovisi o faktorima kao što su volumen uzorka, koncentracija i željena veličina fragmenta. Uobičajeno, ultrazvuk se izvodi za kratke rafale u rasponu od nekoliko sekundi do nekoliko minuta, s intervalima hlađenja kako bi se spriječilo pregrijavanje uzorka.
Koji je najbolji sonikator za izolaciju DNK?
Izbor najboljeg sonikatora za izolaciju DNK ovisi o faktorima kao što su volumen uzorka, propusnost i željena veličina fragmenta. Neke popularne opcije uključuju Hielscher UIP400MTP ploča-sonikator, VialTweeter, CupHorn i ultrazvučnu sondu UP100H. Ovi sonikatori nude preciznu kontrolu nad parametrima sonikacije i pogodni su za različite primjene izolacije DNK u istraživačkim laboratorijama.
Šta je Genomika?
Genomika je multidisciplinarna grana biologije koja se bavi razumijevanjem kompletnog sastava, funkcija, evolucije, mapiranja i modifikacije genoma. Genom obuhvata svu DNK unutar organizma, uključujući i njegove gene i njihovu zamršenu trodimenzionalnu organizaciju. Za razliku od genetike, koja se fokusira na pojedinačne gene i njihove obrasce nasljeđivanja, genomika ima za cilj sveobuhvatnu karakterizaciju i kvantificiranje svih gena unutar organizma, razjašnjavajući njihove interakcije i utjecaj na organizam u cjelini. Geni igraju ključnu ulogu u usmjeravanju sinteze proteina, uz pomoć enzima i molekula glasnika. Ovi proteini, zauzvrat, čine strukturne komponente organa i tkiva, regulišu biohemijske procese i olakšavaju komunikaciju između ćelije. Genomika obuhvata sekvencioniranje i analizu čitavih genoma, koristeći visoko propusne tehnike sekvenciranja DNK i bioinformatičke alate za dešifriranje strukture i funkcija genoma u cijelosti.
Genomika je proučavanje cjelokupnog genetskog materijala organizma, uključujući njegovu DNK sekvencu, organizaciju, funkciju i varijaciju. Obuhvata analizu gena, njihovih interakcija i njihovog uticaja na osobine i ponašanja. Genomska istraživanja uključuju različite tehnike i pristupe razumijevanju strukture i funkcije genoma, kao i njihove uloge u zdravlju, bolesti, evoluciji i drugim biološkim procesima.
Genomska istraživanja imaju za cilj:
- Genomi sekvence: Ovo uključuje određivanje reda nukleotida (A, T, C i G) unutar DNK organizma. To može biti cijeli genom ili specifične regije od interesa.
- Analizirajte genetske varijacije: Genomska istraživanja istražuju varijacije u sekvencama DNK među pojedincima ili populacijama, što može pružiti uvid u genetsku osnovu bolesti, osobina i evolucijskih procesa.
- Funkcionalna genomika: Ovo polje istražuje kako geni funkcionišu i komuniciraju jedni s drugima i okolinom. Uključuje transkriptomiku (proučavanje ekspresije gena), proteomiku (proučavanje proteina) i metabolomiku (proučavanje metabolita).
- Komparativna genomika: Uspoređujući genome različitih vrsta, istraživači mogu otkriti evolucijske odnose, identificirati očuvane regije i razumjeti genetsku osnovu biološke raznolikosti.
- medicinska genomika: Genomska istraživanja u medicini fokusiraju se na razumijevanje genetske osnove bolesti, predviđanje rizika od bolesti i razvoj personaliziranih tretmana i intervencija.
Genomska istraživanja dovela su do značajnog napretka u oblastima kao što su medicina, poljoprivreda, evolucijska biologija i biotehnologija, doprinoseći našem razumijevanju života na molekularnom nivou i poboljšanju ljudskog zdravlja i dobrobiti.
Literatura / Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.