Genomisk forskning lettet af sonikering
Genomisk forskning har revolutioneret vores forståelse af biologiske systemer og gjort det muligt at belyse komplekse genetiske mekanismer, der ligger til grund for forskellige sygdomme og træk. Sonication, en teknik, der oprindeligt blev udviklet til at forstyrre cellulære membraner, har fundet omfattende anvendelighed i genomisk forskning. Denne artikel giver et overblik over anvendelsen af sonikering i genomiske undersøgelser, herunder DNA-isolering og fragmentering, kromatinimmunpræcipitation (ChIP) og forberedelse af næste generations sekventeringsbiblioteker. Denne artikel giver et overblik over principperne, metoderne og anvendelserne af sonikering i genomisk forskning og introducerer dig til de mest egnede sonikere til genomisk forskning.
Sonikere i genomisk forskning
Genomisk forskning har gennemgået bemærkelsesværdige fremskridt i de seneste årtier, drevet af udviklingen af high-throughput sekventeringsteknologier og innovative eksperimentelle metoder. Disse fremskridt har lettet den omfattende analyse af genomer, epigenomer og transkriptomer, hvilket giver indsigt i det genetiske grundlag for sygdomme, evolution og fænotypisk variation.
Sonikering, en mekanisk proces, der involverer anvendelse af de fysiske kræfter fra ultralyd til at forstyrre molekylære strukturer, er dukket op som et alsidigt værktøj inden for genomisk forskning. Sonikering er en veletableret teknik, der anvendes til DNA-fragmentering, kromatinklipning og forberedelse af NGS-bibliotek.
Anvendelser af sonikering i genomisk forskning
Sonikering anvendes på biologiske prøver til prøveforberedelse før analyser, analyse eller som forberedelse til yderligere downstream-processer. De mest almindelige prøveforberedelsesapplikationer ved hjælp af sonikering inkluderer:
Sonikering anvendes til præcis fragmentering af genomisk DNA, hvilket muliggør generering af DNA-fragmenter af ønskede størrelser til forskellige downstream-applikationer, herunder PCR, kloning og Southern blotting. Sonikering giver fordele i forhold til enzymatiske metoder, da det giver mulighed for fleksibel kontrol over fragmentstørrelse og distribution. Prøveforberedelse med høj kapacitet med UIP400MTP plade sonicator strømliner behandlingen af store prøvenumre.
Læs mere om ultralyd DNA-fragmentering og Plasmid fragmentering!
Læs mere om brugen af sonikering til næste generations sekventering!
VialTweeter soniker til samtidig prøveforberedelse af flere hætteglas
Hvordan vælger jeg den bedste soniker til min DNA-relaterede forskning?
Udtrykket “Sonikering” bruges til forskellige modi af ultralydsapplikation. De mest udbredte metoder er ultralydsbadet og sonde-type sonde-sonikeren. Nedenfor vil du opdage, hvorfor det rigtige valg af soniker vil forbedre kvaliteten og gyldigheden af din forskning ud.
Lær om forskellene mellem forskellige ultralydsmodeller, deres fordele og begrænsninger. Her vil vi dykke ned i de mest udbredte sonikermodeller til genomisk forskning.
Bad sonikering: Hvorfor giver sonikere af badetypen dig upålidelige, ikke-reproducerbare resultater? Genomiske prøver placeres i et vandbad udstyret med flere ultralydstransducere fastgjort til bunden af vandtanken. Pletterne med akustisk kavitation forekommer meget ujævnt gennem tanken og giver ikke en ensartet ultralydseffekt. Denne metode behandler prøverne med varierende intensitet og giver ikke reproducerbare resultater i prøveforberedelse såsom DNA-fragmentering. Som konsekvens af denne ujævne behandling er kontrollen over DNA-fragmentstørrelsen ikke givet. Med et almindeligt ultralydsbad er pålidelig, repeterbar forskning umulig.
Vil du lære mere om sonde-type sonde-type sonicator vs ultralydsbad? Klik her!
I modsætning til et ultralydsbad er Hielscher præcist kontrollerbare sonikere, der leverer kraftig ultralyd. Intensiteten af sonikering kan indstilles nøjagtigt til applikationen, så uønsket nedbrydning af biologiske prøver undgås. Det sikrer optimal bevarelse af nukleinsyrer og andre biomolekyler under prøvebehandling. Dette er især fordelagtigt for genomisk forskning, hvor prøveintegritet er afgørende for downstream-analyse. Smarte funktioner som programmerbar indstilling, browserfjernbetjening og automatisk dataregistrering letter forskningsarbejdet i laboratorier.
Hielscher Sonicator Modeller til genomisk forskning
- Sonde-type sonikering: En sonikering indsættes direkte i prøverøret, hvilket giver mulighed for lokaliseret sonikering og præcis kontrol over fragmenteringsparametre. Denne metode foretrækkes til små prøveantal såsom enkelte hætteglas eller bægerglas.
Find alle sonde-type sonikere til DNA-fragmentering og prøveforberedelse her! - CupHorn og UIP400MTP: Hielscher sonicator modellerne Ultrasonic Cuphorn og UIP400MTP Plate Sonicator adskiller sig markant fra et almindeligt ultralydsbad eller rengøringstank. Mens princippet om indirekte transmission af ultralydsbølger gennem et vandbad ved første øjekast synes at være det samme – forskellen mellem Hielscher ultralyd kophorn eller plade soniker og et almindeligt ultralydsbad kunne ikke være større! På Hielscher-systemer omrøres hele bunden af kophornet og pladesonikeren ensartet ved hjælp af kraftig ultralyd. Det betyder, at hele overfladen vibrerer med nøjagtig samme amplitude og frekvens. Ingen død, ikke-sonikeret plet findes, alle prøver sonikeres med samme intensitet! Dette sikrer ensartede, reproducerbare resultater i din ultralydsprøveforberedelse.
Du kan finde mere information om ultralyd kophorn her!
Du kan finde flere oplysninger om plade-sonikeren UIP400MTP her! - VialTweeter: VialTweeter bruger et unikt design af en vibrerende hætteglas-holdende blok sonotrode til at overføre ultralydsenergi direkte ind i prøvehætteglas uden behov for nedsænkning i et vandbad eller andet medium. Denne indirekte, men meget effektive sonikeringsmetode er ideel til behandling af op til 10 lukkede hætteglas og undgår krydskontaminering.
Læs mere om kontamineringsfri sonikering af op til 10 lukkede hætteglas med theVialTweeter!
Ultralyd CupHorn til intens sonikering af lukkede rør og hætteglas til steril DNA-fragmentering.
Sonikere i automatiserede systemer – Enkel integration
Hielscher sonikere kan integreres i automatiserede systemer. Med en åben netværksgrænseflade og programmeringsfunktioner er Hielscher sonikere velegnede til automatisering. Integrationen med automatisering og robotteknologi muliggør behandling af genomiske prøver med høj kapacitet, hvilket letter storstilede undersøgelser og personlige medicinske initiativer. Muligheden for at integrere din soniker i et automatiseret prøveforberedelsessystem optimerer prøvehåndteringen og vil sikre effektiv, reproducerbar og sikker prøvebehandling på tværs af en række applikationer og prøvetyper.
- høj effektivitet
- Avanceret teknologi
- pålidelighed & Robusthed
- justerbar, præcis processtyring
- batch & Inline
- til enhver volumen
- Intelligent software
- smarte funktioner (f.eks. programmerbar, dataprotokol, fjernbetjening)
- Nem og sikker at betjene
- lav vedligeholdelse
- CIP (rengøring på stedet)
Design, produktion og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland
Hielscher ultralydapparater er kendt for deres højeste kvalitet og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør en jævn integration af vores ultralydapparater i industrielle faciliteter. Hårde forhold og krævende miljøer håndteres let af Hielscher ultralydsapparater.
Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores laboratorieultralydapparater, som er ideelle til prøveforberedelsesopgaver såsom DNA- og RNA-fragmentering, cellelyse samt DNA- og proteinisolering:
| Apparat | Effekt [W] | Slags | Volumen [ml] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | til mikroplader | 6 – 3456 brønde | VialTweeter | 200 | til op til 10 hætteglas plus mulighed for clamp-on | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | sonde-type | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | sonde-type | 0.01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | sonde-type | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | sonde-type | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | sonde-type | 5.0 – 2000 |
| Cuphorn | 200 | CupHorn, sonoreaktor | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | Forureningsfri flowcelle |
Kontakt os! / Spørg os!
Ofte stillede spørgsmål om genomik og sonikering
Her finder du svarene på det oftest stillede spørgsmål, når det kommer til ultralydbehandling og genomisk forskning.
Hvad gør sonikering til DNA?
Sonikering bryder DNA i mindre fragmenter ved at anvende højfrekvente lydbølger, der skaber mekaniske kræfter, hvilket får DNA-strenge til at bryde på tilfældige punkter. Justering af intensiteten af sonikering gør det muligt at skabe større eller mindre DNA-fragmenter afhængigt af kravene til efterfølgende behandling og analyse.
Hvad er sonikeringsprotokollen for DNA-fragmentering?
En typisk sonikeringsprotokol for DNA-fragmentering involverer påføring af ultralydsbølger på DNA-prøver i en bufferopløsning i en række korte udbrud efterfulgt af afkølingsintervaller for at forhindre prøveopvarmning. Parametre som amplitude, varighed og cyklusnummer optimeres baseret på prøvetype og ønsket fragmentstørrelse.
Hvordan fungerer sonikering til DNA-klipning?
Sonikering til DNA-klipning involverer påføring af kontrollerede mekaniske kræfter på DNA-molekyler ved hjælp af ultralydsbølger. Disse kræfter forstyrrer hydrogenbindingerne og andre interaktioner, der holder DNA-strengene sammen, hvilket resulterer i tilfældige brud og fragmentering af DNA'et i mindre stykker.
Hvor længe skal du sonikere DNA-prøver?
Varigheden af sonikering for DNA-prøver afhænger af faktorer som prøvevolumen, koncentration og ønsket fragmentstørrelse. Typisk udføres sonikering i korte udbrud fra et par sekunder til flere minutter med afkølingsintervaller for at forhindre overophedning af prøven.
Hvad er den bedste soniker til DNA-isolering?
Valget af den bedste soniker til DNA-isolering afhænger af faktorer som prøvevolumen, gennemstrømning og ønsket fragmentstørrelse. Nogle populære muligheder inkluderer Hielscher UIP400MTP plade-soniker, VialTweeter, CupHorn og ultralydssonden UP100H. Disse sonikere tilbyder præcis kontrol over sonikeringsparametre og er velegnede til forskellige DNA-isoleringsapplikationer i forskningslaboratorier.
Hvad er genomics?
Genomics er en tværfaglig gren af biologi, der dykker ned i forståelsen af den komplette sammensætning, funktioner, evolution, kortlægning og modifikation af genomer. Et genom omfatter alt DNA i en organisme, der omfatter både dens gener og deres indviklede tredimensionelle organisation. I modsætning til genetik, som fokuserer på individuelle gener og deres arvemønstre, sigter genomik mod omfattende karakterisering og kvantificering af alle gener i en organisme, der belyser deres interaktioner og indvirkning på organismen som helhed. Gener spiller en central rolle i at styre syntesen af proteiner, lettet af enzymer og messenger-molekyler. Disse proteiner udgør til gengæld de strukturelle komponenter i organer og væv, regulerer biokemiske processer og letter celle-til-celle-kommunikation. Genomik omfatter sekventering og analyse af hele genomer ved hjælp af DNA-sekventeringsteknikker med høj kapacitet og bioinformatiske værktøjer til at dechifrere strukturen og funktionerne af genomer i deres helhed.
Genomics er studiet af en organismes hele arvemateriale, herunder dens DNA-sekvens, organisation, funktion og variation. Det omfatter analyse af gener, deres interaktioner og deres indflydelse på træk og adfærd. Genomisk forskning involverer forskellige teknikker og tilgange til at forstå genomernes struktur og funktion, såvel som deres roller i sundhed, sygdom, evolution og andre biologiske processer.
Genomforskning har til formål at:
- Sekvens genomer: Dette involverer bestemmelse af rækkefølgen af nukleotider (A, T, C og G) i en organismes DNA. Dette kan være hele genomet eller specifikke regioner af interesse.
- Analyser genetisk variation: Genomisk forskning udforsker variationer i DNA-sekvenser blandt individer eller populationer, hvilket kan give indsigt i det genetiske grundlag for sygdomme, træk og evolutionære processer.
- Funktionel genomik: Dette felt undersøger, hvordan gener fungerer og interagerer med hinanden og miljøet. Det omfatter transkriptomics (undersøgelse af genekspression), proteomics (undersøgelse af proteiner) og metabolomics (undersøgelse af metabolitter).
- Sammenlignende genomforskning: Ved at sammenligne genomer på tværs af forskellige arter kan forskere afdække evolutionære forhold, identificere bevarede regioner og forstå det genetiske grundlag for biologisk mangfoldighed.
- Medicinsk genomik: Genomisk forskning i medicin fokuserer på at forstå det genetiske grundlag for sygdomme, forudsige sygdomsrisiko og udvikle personlige behandlinger og interventioner.
Genomisk forskning har ført til betydelige fremskridt inden for områder som medicin, landbrug, evolutionsbiologi og bioteknologi, hvilket bidrager til vores forståelse af livet på molekylært niveau og forbedrer menneskers sundhed og velvære.
Litteratur / Referencer
- 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 fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.