Genomický výzkum usnadněný sonikací
Genomický výzkum způsobil revoluci v našem chápání biologických systémů a umožnil objasnit složité genetické mechanismy, které jsou základem různých onemocnění a vlastností. Sonikace, technika původně vyvinutá pro narušení buněčných membrán, našla rozsáhlé využití v genomickém výzkumu. Tento článek poskytuje přehled o aplikaci sonikace v genomických studiích, včetně izolace a fragmentace DNA, imunoprecipitace chromatinu (ChIP) a přípravy sekvenačních knihoven nové generace. Tento článek poskytuje přehled principů, metodik a aplikací sonikace v genomickém výzkumu a představuje vám nejvhodnější sonikátory pro genomický výzkum.
Sonikátory v genomickém výzkumu
Genomický výzkum prošel v posledních desetiletích pozoruhodným pokrokem, který je podpořen rozvojem vysoce výkonných sekvenačních technologií a inovativních experimentálních metodologií. Tyto pokroky usnadnily komplexní analýzu genomů, epigenomů a transkriptomů a nabídly vhled do genetického základu nemocí, evoluce a fenotypových variací.
Sonikace, mechanický proces zahrnující použití fyzikálních sil ultrazvuku k narušení molekulárních struktur, se ukázal jako všestranný nástroj v genomickém výzkumu. Sonikace je dobře zavedená technika používaná pro fragmentaci DNA, stříhání chromatinu a přípravu knihoven NGS.
Aplikace sonikace v genomickém výzkumu
Sonikace se aplikuje na biologické vzorky pro přípravu vzorků před testy, analýzou nebo při přípravě na další následné procesy. Mezi nejběžnější aplikace pro přípravu vzorků pomocí ultrazvuku patří:
Sonikace se používá pro přesnou fragmentaci genomové DNA, což umožňuje generování fragmentů DNA požadovaných velikostí pro různé následné aplikace, včetně PCR, klonování a jižního blottingu. Sonikace nabízí výhody oproti enzymatickým metodám, protože umožňuje flexibilní kontrolu nad velikostí a distribucí fragmentů. Příprava vzorků s vysokou propustností pomocí sonikátoru s UIP400MTP deskou zefektivňuje zpracování velkého počtu vzorků.
Přečtěte si více o ultrazvuku Fragmentace DNA a Fragmentace plazmidů!
Přečtěte si více o použití sonikace pro sekvenování nové generace!
VialTweeter sonikátor pro současnou přípravu vzorků z více lahviček
Jak si mohu vybrat nejlepší sonikátor pro svůj výzkum související s DNA?
Termín “sonikace” se používá pro různé modi ultrazvukové aplikace. Nejrozšířenějšími metodami jsou ultrazvuková lázeň a sonikátor typu sondy. Níže zjistíte, proč správná volba sonikátoru zlepší kvalitu a platnost vašeho výzkumu.
Přečtěte si o rozdílech mezi různými modely ultrasonicator, jejich výhodách a omezeních. Zde se ponoříme do nejpoužívanějších modelů sonikátorů pro genomický výzkum.
Sonikace koupele: Proč vám sonikátory koupelového typu poskytují nespolehlivé, nereprodukovatelné výsledky? Genomické vzorky se umístí do vodní lázně vybavené několika ultrazvukovými měniči připojenými ke dnu vodní nádrže. Skvrny akustické kavitace se v nádrži vyskytují velmi nerovnoměrně a neposkytují konzistentní ultrazvukový výkon. Tato metoda zachází se vzorky s různou intenzitou a neposkytuje reprodukovatelné výsledky při přípravě vzorků, jako je fragmentace DNA. V důsledku tohoto nerovnoměrného zacházení není dána kontrola nad velikostí fragmentu DNA. S běžnou ultrazvukovou lázní je spolehlivý a opakovatelný výzkum neproveditelný.
Chcete se dozvědět více o sonikátoru typu sondy vs ultrazvukové lázni? Klikněte zde!
Na rozdíl od ultrazvukové lázně, Hielscher jsou přesně ovladatelné sonikátory, které dodávají silný ultrazvuk. Intenzita sonikace může být přesně vyladěna na aplikaci, aby se zabránilo nežádoucí degradaci biologických vzorků. Tím je zajištěno optimální uchování nukleových kyselin a dalších biomolekul během zpracování vzorku. To je výhodné zejména pro genomický výzkum, kde je integrita vzorku rozhodující pro následnou analýzu. Chytré funkce, jako je programovatelné nastavení, dálkové ovládání prohlížeče a automatický záznam dat, usnadňují výzkumnou práci v laboratořích.
Hielscher Sonikator modely pro genomický výzkum
- Sonikace typu sondy: Sonikační sonda je přímo vložena do zkumavky se vzorkem, což umožňuje lokalizovanou sonikaci a přesnou kontrolu nad parametry fragmentace. Tato metoda je upřednostňována pro malé počty vzorků, jako jsou jednotlivé lahvičky nebo kádinky.
Najděte všechny sondy typu sonikátor pro fragmentaci DNA a přípravu vzorků zde! - CupHorn a UIP400MTP: Modely sonikátoru Hielscher Ultrazvukový pohár a UIP400MTP deska sonikátor se výrazně liší od běžné ultrazvukové lázně nebo čisticí nádrže. Zatímco na první pohled se princip nepřímého přenosu ultrazvukových vln vodní lázní zdá podobný – rozdíl mezi Hielscher ultrazvukovým cuphornem nebo talířovým sonikátorem a běžnou ultrazvukovou lázní nemůže být větší! V systémech Hielscher je kompletní dno cuphornu a desky sonikátoru rovnoměrně rozrušeno silným ultrazvukem. To znamená, že celý povrch vibruje s přesně stejnou amplitudou a frekvencí. Nebyla nalezena žádná mrtvá, nesonikovaná skvrna, všechny vzorky jsou sonikovány se stejnou intenzitou! Tím jsou zajištěny jednotné a reprodukovatelné výsledky při přípravě ultrazvukových vzorků.
Více informací o ultrazvukovém klaksonu najdete zde!
Více informací o UIP400MTP deskového sonikátoru najdete tady! - VialTweeter: VialTweeter využívá jedinečný design vibračního bloku sonotrody pro držení lahviček k přenosu ultrazvukové energie přímo do lahviček se vzorkem bez nutnosti ponoření do vodní lázně nebo jiného média. Tato nepřímá, ale vysoce účinná metoda sonikace je ideální pro léčbu až 10 uzavřených lahviček a zabraňuje křížové kontaminaci.
Přečtěte si více o sonikaci až 10 uzavřených lahviček bez kontaminace pomocí VialTweeter!
Ultrazvukový CupHorn pro intenzivní sonikaci uzavřených zkumavek a lahviček pro sterilní fragmentaci DNA.
Sonikátory v automatizovaných systémech – Jednoduchá integrace
Hielscher sonikátory mohou být integrovány do automatizovaných systémů. S otevřeným síťovým rozhraním a programovacími funkcemi jsou Hielscher sonikátory vhodné pro automatizaci. Integrace s automatizací a robotikou umožňuje vysoce výkonné zpracování genomických vzorků, což usnadňuje rozsáhlé studie a iniciativy personalizované medicíny. Možnost integrace vašeho sonikátoru do automatizovaného systému přípravy vzorků optimalizuje manipulaci se vzorky a zajistí efektivní, reprodukovatelné a bezpečné zpracování vzorků v různých aplikacích a typech vzorků.
- Vysoká efektivita
- Nejmodernější technologie
- spolehlivost & Robustnost
- Nastavitelné, přesné řízení procesu
- várka & Vložené
- pro libovolný svazek
- Inteligentní software
- chytré funkce (např. programovatelné, datové protokolování, dálkové ovládání)
- Snadná a bezpečná obsluha
- Nízké nároky na údržbu
- CIP (čištění na místě)
Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany
Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.
Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich laboratorních ultrasonicators, které jsou ideální pro úkoly přípravy vzorků, jako je fragmentace DNA a RNA, lýza buněk a izolace DNA a proteinů:
| Zařízení | Výkon [W] | Typ | Objem [ml] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | pro mikrodestičky | 6 – 3456 studní | VialTweeter | 200 | až pro 10 lahviček s možností upnutí | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | typ sondy | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | typ sondy | 0.01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | typ sondy | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | typ sondy | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | typ sondy | 5.0 – 2000 |
| Roh Poháru | 200 | CupHorn, sonoreaktor | 10 – 200 |
| GDmini2 řekl: | 200 | Průtočná cela bez kontaminace |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Často kladené otázky o genomice a sonikaci
Zde najdete odpovědi na nejčastěji kladené otázky, pokud jde o ultrazvuku a genomický výzkum.
Co znamená sonikace na DNA?
Sonikace rozbíjí DNA na menší fragmenty aplikací vysokofrekvenčních zvukových vln, které vytvářejí mechanické síly, což způsobuje, že se řetězce DNA lámou v náhodných bodech. Nastavení intenzity sonikace umožňuje vytvářet větší nebo menší fragmenty DNA v závislosti na požadavcích na následné zpracování a analýzu.
Jaký je protokol sonikace pro fragmentaci DNA?
Typický protokol sonikace pro fragmentaci DNA zahrnuje aplikaci ultrazvukových vln na vzorky DNA v pufrovacím roztoku po sérii krátkých výbuchů, po kterých následují intervaly chlazení, aby se zabránilo zahřívání vzorku. Parametry, jako je amplituda, doba trvání a počet cyklů, jsou optimalizovány na základě typu vzorku a požadované velikosti fragmentu.
Jak funguje sonikace při stříhání DNA?
Sonikace pro stříhání DNA zahrnuje aplikaci řízených mechanických sil na molekuly DNA pomocí ultrazvukových vln. Tyto síly narušují vodíkové vazby a další interakce, které drží řetězce DNA pohromadě, což má za následek náhodné zlomy a fragmentaci DNA na menší kousky.
Jak dlouho byste měli sonikovat vzorky DNA?
Doba trvání sonikace pro vzorky DNA závisí na faktorech, jako je objem vzorku, koncentrace a požadovaná velikost fragmentu. Obvykle se sonikace provádí pro krátké výbuchy v rozmezí od několika sekund do několika minut, s intervaly chlazení, aby se zabránilo přehřátí vzorku.
Jaký je nejlepší sonikátor pro izolaci DNA?
Volba nejlepšího sonikátoru pro izolaci DNA závisí na faktorech, jako je objem vzorku, propustnost a požadovaná velikost fragmentu. Mezi oblíbené možnosti patří Hielscher UIP400MTP deskový sonikátor, VialTweeter, CupHorn a ultrazvuková sonda UP100H. Tyto sonikátory nabízejí přesnou kontrolu nad parametry sonikace a jsou vhodné pro různé aplikace izolace DNA ve výzkumných laboratořích.
Co je genomika?
Genomika je multidisciplinární odvětví biologie, které se zabývá pochopením kompletního složení, funkcí, evoluce, mapování a modifikace genomů. Genom zahrnuje veškerou DNA v organismu, zahrnující jak jeho geny, tak jejich složitou trojrozměrnou organizaci. Na rozdíl od genetiky, která se zaměřuje na jednotlivé geny a jejich dědičné vzorce, si genomika klade za cíl komplexně charakterizovat a kvantifikovat všechny geny v organismu, objasnit jejich interakce a dopad na organismus jako celek. Geny hrají klíčovou roli při řízení syntézy proteinů, usnadněné enzymy a molekulami poselů. Tyto proteiny zase tvoří strukturální složky orgánů a tkání, regulují biochemické procesy a usnadňují komunikaci mezi buňkami. Genomika zahrnuje sekvenování a analýzu celých genomů s využitím vysoce výkonných technik sekvenování DNA a bioinformatických nástrojů k rozluštění struktury a funkcí genomů v jejich celistvosti.
Genomika je studium celého genetického materiálu organismu, včetně jeho sekvence, organizace, funkce a variací DNA. Zahrnuje analýzu genů, jejich interakcí a jejich vlivu na vlastnosti a chování. Genomický výzkum zahrnuje různé techniky a přístupy k pochopení struktury a funkce genomů, jakož i jejich role ve zdraví, nemoci, evoluci a dalších biologických procesech.
Genomický výzkum si klade za cíl:
- Sekvenční genomy: To zahrnuje určení pořadí nukleotidů (A, T, C a G) v DNA organismu. Může se jednat o celý genom nebo specifické oblasti zájmu.
- Analyzujte genetické variace: Genomický výzkum zkoumá variace v sekvencích DNA mezi jednotlivci nebo populacemi, což může poskytnout vhled do genetického základu nemocí, vlastností a evolučních procesů.
- Funkční genomika: Tento obor zkoumá, jak geny fungují a interagují mezi sebou a s prostředím. Zahrnuje transkriptomiku (studium genové exprese), proteomiku (studium proteinů) a metabolomiku (studium metabolitů).
- Srovnávací genomika: Porovnáním genomů různých druhů mohou vědci odhalit evoluční vztahy, identifikovat konzervované oblasti a pochopit genetický základ biologické rozmanitosti.
- Lékařská genomika: Genomický výzkum v medicíně se zaměřuje na pochopení genetické podstaty nemocí, předpovídání rizika onemocnění a vývoj personalizovaných léčebných postupů a intervencí.
Genomický výzkum vedl k významnému pokroku v oblastech, jako je medicína, zemědělství, evoluční biologie a biotechnologie, což přispělo k našemu chápání života na molekulární úrovni a zlepšilo lidské zdraví a pohodu.
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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.