מחקר גנומי בסיוע סוניקציה
המחקר הגנומי חולל מהפכה בהבנתנו את המערכות הביולוגיות, ואִפשר לפענח מנגנונים גנטיים מורכבים העומדים בבסיס מחלות ותכונות שונות. סוניקציה, טכניקה שפותחה במקור לפירוק קרומי תאים, נמצאת בשימוש נרחב במחקר הגנומי. מאמר זה מציג סקירה של יישומי הסוניקציה במחקרים גנומיים, ובהם בידוד ופרגמנטציה של DNA, אימונופרסיפיטציה של כרומטין (ChIP) והכנת ספריות לריצוף הדור הבא. מאמר זה מציג סקירה של העקרונות, השיטות והיישומים של סוניקציה במחקר הגנומי, ומציג בפניכם את הסוניקטורים המתאימים ביותר למחקר גנומי.
סוניקטורים במחקר הגנומי
המחקר הגנומי התקדם באופן מרשים בעשורים האחרונים, הודות לפיתוח טכנולוגיות ריצוף בתפוקה גבוהה ושיטות ניסוי חדשניות. התקדמות זו אִפשרה ניתוח מקיף של גנומים, אפיגנומים וטרנסקריפטומים, וסיפקה תובנות על הבסיס הגנטי של מחלות, אבולוציה ושונות פנוטיפית.
סוניקציה, תהליך מכני שבו מופעלים הכוחות הפיזיקליים של אולטרסאונד לפירוק מבנים מולקולריים, הפכה לכלי רב־תכליתי במחקר הגנומי. סוניקציה היא טכניקה מבוססת היטב המשמשת לפרגמנטציה של DNA, לגזירת כרומטין ולהכנת ספריות NGS.
יישומי סוניקציה במחקר הגנומי
סוניקציה מיושמת על דגימות ביולוגיות לצורך הכנתן לפני מבחנים, אנליזות או תהליכי המשך נוספים. היישומים הנפוצים ביותר להכנת דגימות באמצעות סוניקציה כוללים:
סוניקציה משמשת לפרגמנטציה מדויקת של DNA גנומי, ומאפשרת ליצור מקטעי DNA בגדלים הרצויים עבור מגוון יישומי המשך, ובהם PCR, שיבוט ותספיג סאות'רן. לסוניקציה יתרונות על פני שיטות אנזימטיות, משום שהיא מאפשרת שליטה גמישה בגודל המקטעים ובהתפלגותם. הכנת דגימות בתפוקה גבוהה באמצעות הסוניקטור לפלטות UIP400MTP מייעלת את העיבוד של מספר רב של דגימות.
קראו עוד על שימוש באולטרסאונד לצורך פרגמנטציה של DNA וכן לצורך פרגמנטציה של פלסמידים!
קראו עוד על השימוש בסוניקציה לריצוף הדור הבא!
סוניקטור VialTweeter להכנה בו־זמנית של דגימות במספר בקבוקונים
כיצד אבחר את הסוניקטור הטוב ביותר למחקר שלי הקשור ל־DNA?
המונח "סוניקציה" משמש לתיאור אופנים שונים של יישום אולטרסאונד. השיטות הנפוצות ביותר הן אמבט אולטרסוני וסוניקטור מסוג גשוש. בהמשך תגלו מדוע הבחירה הנכונה של סוניקטור תשפר את האיכות ואת התוקף של תוצאות המחקר שלכם.
הכירו את ההבדלים בין דגמי סוניקטורים שונים, את יתרונותיהם ואת מגבלותיהם. כאן נעמיק בדגמי הסוניקטורים הנפוצים ביותר במחקר הגנומי.
סוניקציה באמבט: מדוע סוניקטורים מסוג אמבט נותנים תוצאות לא אמינות שאינן ניתנות לשחזור? דגימות גנומיות מונחות באמבט מים המצויד בכמה מתמרים אולטרסוניים המחוברים לתחתית מכל המים. מוקדי הקוויטציה האקוסטית מפוזרים באופן מאוד לא אחיד ברחבי המכל ואינם מספקים הספק אולטרסוני עקבי. בשיטה זו הדגימות מטופלות בעוצמות משתנות, והיא אינה מספקת תוצאות הניתנות לשחזור בהכנת דגימות, כגון פרגמנטציה של DNA. כתוצאה מטיפול לא אחיד זה, אין שליטה על גודל מקטעי ה-DNA. באמבט אולטרסוני רגיל, לא ניתן לבצע מחקר אמין שניתן לחזור עליו ולקבל את אותן התוצאות.
רוצים ללמוד עוד על סוניקטור מסוג גשוש לעומת אמבט אולטרסוני? לחצו כאן!
בניגוד לאמבט אולטרסוני, Hielscher הם סוניקטורים המאפשרים שליטה מדויקת ומספקים אולטרסאונד רב עוצמה. ניתן להתאים את עוצמת הסוניקציה בדיוק ליישום, וכך למנוע פירוק לא רצוי של דגימות ביולוגיות. מבטיח שימור מיטבי של חומצות גרעין וביומולקולות אחרות במהלך עיבוד הדגימות. הדבר מועיל במיוחד למחקר גנומי, שבו שלמות הדגימה חיונית לאנליזות בהמשך התהליך. תכונות חכמות כגון הגדרות הניתנות לתכנות, שליטה מרחוק באמצעות דפדפן ורישום נתונים אוטומטי מקלות על עבודת המחקר במעבדות.
דגמי סוניקטורים של Hielscher למחקר גנומי
- סוניקציה באמצעות גשוש: גשוש סוניקציה מוחדר ישירות למבחנת הדגימה, ומאפשר סוניקציה מקומית ושליטה מדויקת בפרמטרים של הפרגמנטציה. שיטה זו מועדפת כאשר מספר הדגימות קטן, למשל בבקבוקונים בודדים או בכוסות מעבדה.
מצאו כאן את כל הסוניקטורים מסוג גשוש לפרגמנטציה של DNA ולהכנת דגימות! - CupHorn ו-UIP400MTP: דגמי הסוניקטורים של Hielscher, Ultrasonic Cuphorn ו-UIP400MTP Plate Sonicator, שונים באופן משמעותי מאמבט אולטרסוני רגיל או ממכל ניקוי. אף שבמבט ראשון עקרון ההעברה העקיפה של גלי אולטרסאונד דרך אמבט מים נראה דומה – ההבדל בין מכשיר cuphorn אולטרסוני או סוניקטור לפלטות של Hielscher לבין אמבט אולטרסוני רגיל לא יכול להיות גדול יותר! במערכות Hielscher, כל תחתית מכשיר ה-cuphorn והסוניקטור לפלטות מונעת באופן אחיד באמצעות אולטרסאונד רב עוצמה. משמעות הדבר היא שכל המשטח רוטט בדיוק באותה אמפליטודה ובאותו תדר. אין מוקדים מתים שאינם עוברים סוניקציה, וכל הדגימות עוברות סוניקציה באותה עוצמה! הדבר מבטיח תוצאות אחידות הניתנות לשחזור בהכנת הדגימות האולטרסונית שלכם.
מידע נוסף על מכשיר ה-cuphorn האולטרסוני ניתן למצוא כאן!
מידע נוסף על הסוניקטור לפלטות UIP400MTP ניתן למצוא כאן! - VialTweeter: ה-VialTweeter משתמש בתכנון ייחודי של סונוטרודה בצורת בלוק רוטט המחזיק בקבוקונים, כדי להעביר אנרגיה אולטרסונית ישירות לבקבוקוני הדגימות ללא צורך בטבילה באמבט מים או בתווך אחר. שיטת סוניקציה עקיפה זו, שיעילותה גבוהה מאוד, אידיאלית לטיפול בעד 10 בקבוקונים סגורים ומונעת זיהום צולב.
קראו עוד על סוניקציה ללא זיהום של עד 10 בקבוקונים סגורים באמצעות ה-VialTweeter!
מכשיר cuphorn אולטרסוני לסוניקציה עוצמתית של מבחנות ובקבוקונים סגורים לצורך פרגמנטציה סטרילית של DNA.
סוניקטורים במערכות אוטומטיות – שילוב פשוט
ניתן לשלב סוניקטורים של Hielscher במערכות אוטומטיות. בזכות ממשק רשת פתוח ויכולות תכנות, הסוניקטורים של Hielscher מתאימים לאוטומציה. השילוב עם אוטומציה ורובוטיקה מאפשר עיבוד בתפוקה גבוהה של דגימות גנומיות, ומקל על ביצוע מחקרים רחבי היקף ועל יוזמות לרפואה מותאמת אישית. האפשרות לשלב את הסוניקטור שלכם במערכת אוטומטית להכנת דגימות מייעלת את הטיפול בדגימות ותבטיח עיבוד יעיל, בטוח וניתן לשחזור במגוון יישומים וסוגי דגימות.
- יעילות גבוהה
- טכנולוגיה מהמתקדמות ביותר
- אמינות ועמידות
- בקרת תהליך מדויקת הניתנת לכוונון
- עיבוד באצוות ובקו
- לכל נפח
- תוכנה חכמה
- תכונות חכמות (למשל, אפשרות לתכנות, תיעוד נתונים, שליטה מרחוק)
- קל ובטוח לתפעול
- תחזוקה מועטה
- CIP (ניקוי במקום)
תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה
המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מוכרים בזכות הסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות ותכנון. עמידות וקלות תפעול מאפשרות שילוב חלק של המכשירים האולטרסוניים שלנו במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.
Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, המקדישה תשומת לב מיוחדת למכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.
הטבלה שלהלן מספקת אומדן לכושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים המעבדתיים שלנו, המתאימים באופן אידיאלי למשימות הכנת דגימות כגון פרגמנטציה של DNA ו-RNA, ליזיס של תאים וכן בידוד DNA וחלבונים:
| מכשיר | הספק [W] | סוג | נפח [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | למיקרופלטות | 6 – 3456 באריות | VialTweeter | 200 | לעד 10 בקבוקונים, בתוספת אפשרות לחיבור באמצעות מהדק | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | מסוג גשוש | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | מסוג גשוש | 0.01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | מסוג גשוש | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | מסוג גשוש | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | מסוג גשוש | 5.0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, כור סוניקציה | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | תא זרימה ללא זיהום |
צרו קשר! / שאלו אותנו!
שאלות נפוצות על גנומיקה וסוניקציה
כאן תמצאו תשובות לשאלות הנפוצות ביותר בנוגע לסוניקציה ולמחקר גנומי.
מה עושה סוניקציה ל-DNA?
סוניקציה מפרקת DNA למקטעים קטנים יותר באמצעות הפעלת גלי קול בתדירות גבוהה היוצרים כוחות מכניים, הגורמים לגדילי DNA להישבר בנקודות אקראיות. התאמת עוצמת הסוניקציה מאפשרת ליצור מקטעי DNA גדולים או קטנים יותר בהתאם לדרישות העיבוד והאנליזה בהמשך.
מהו פרוטוקול הסוניקציה לפרגמנטציה של DNA?
פרוטוקול סוניקציה טיפוסי לפרגמנטציה של DNA כולל הפעלת גלים אולטרסוניים על דגימות DNA בתמיסת בופר בסדרה של פעימות קצרות, שביניהן פרקי קירור למניעת התחממות הדגימה. פרמטרים כגון משרעת, משך ומספר המחזורים מותאמים להשגת תוצאות מיטביות בהתאם לסוג הדגימה ולגודל המקטעים הרצוי.
כיצד פועלת סוניקציה לגזירת DNA?
סוניקציה לגזירת DNA כוללת הפעלת כוחות מכניים מבוקרים על מולקולות DNA באמצעות גלים אולטרסוניים. כוחות אלה מפרים את קשרי המימן ואינטראקציות אחרות המחזיקים את גדילי ה-DNA יחד, וכתוצאה מכך נוצרים שברים אקראיים וה-DNA מתפרק למקטעים קטנים יותר.
כמה זמן יש לבצע סוניקציה של דגימות DNA?
משך הסוניקציה של דגימות DNA תלוי בגורמים כגון נפח הדגימה, ריכוזה וגודל המקטעים הרצוי. בדרך כלל, הסוניקציה מתבצעת בפעימות קצרות הנמשכות מכמה שניות ועד כמה דקות, עם פרקי קירור למניעת התחממות יתר של הדגימה.
מהו מכשיר הסוניקציה הטוב ביותר לבידוד DNA?
בחירת מכשיר הסוניקציה הטוב ביותר לבידוד DNA תלויה בגורמים כגון נפח הדגימה, התפוקה וגודל המקטעים הרצוי. כמה מהאפשרויות הפופולריות כוללות את מכשיר הסוניקציה לפלטות UIP400MTP של Hielscher, את VialTweeter, את CupHorn ואת הגשוש האולטרסוני UP100H. מכשירי סוניקציה אלה מציעים שליטה מדויקת בפרמטרים של הסוניקציה ומתאימים למגוון יישומים של בידוד DNA במעבדות מחקר.
מהי גנומיקה?
גנומיקה היא ענף רב־תחומי בביולוגיה העוסק בהבנת ההרכב המלא, התפקודים, האבולוציה, המיפוי והשינוי של גנומים. גנום כולל את כל ה-DNA באורגניזם, ובכלל זה את הגנים שלו ואת הארגון התלת־ממדי המורכב שלהם. בשונה מגנטיקה, המתמקדת בגנים בודדים ובדפוסי ההורשה שלהם, גנומיקה שואפת לאפיין ולכמת באופן מקיף את כל הגנים באורגניזם, ולהבהיר את יחסי הגומלין ביניהם ואת השפעתם על האורגניזם בכללותו. לגנים תפקיד מרכזי בהכוונת סינתזת חלבונים, המסתייעת באנזימים ובמולקולות שליח. חלבונים אלה, בתורם, מהווים את המרכיבים המבניים של איברים ורקמות, מווסתים תהליכים ביוכימיים ומאפשרים תקשורת בין תאים. גנומיקה כוללת ריצוף וניתוח של גנומים שלמים, תוך שימוש בטכניקות לריצוף DNA בתפוקה גבוהה ובכלים ביואינפורמטיים לפענוח המבנה והתפקודים של גנומים בשלמותם.
גנומיקה היא חקר כלל החומר הגנטי של אורגניזם, לרבות רצף ה-DNA שלו, ארגונו, תפקודו והשונות בו. היא כוללת ניתוח של גנים, של יחסי הגומלין ביניהם ושל השפעתם על תכונות והתנהגויות. מחקר גנומי משתמש במגוון טכניקות וגישות להבנת המבנה והתפקוד של גנומים, וכן תפקידיהם בבריאות, במחלות, באבולוציה ובתהליכים ביולוגיים אחרים.
מחקר גנומי שואף:
- לרצף גנומים: הדבר כרוך בקביעת סדר הנוקלאוטידים (A, T, C ו-G) ב-DNA של אורגניזם. ניתן לעשות זאת עבור הגנום כולו או עבור אזורים מסוימים בעלי עניין.
- לנתח שונות גנטית: מחקר גנומי בוחן הבדלים ברצפי DNA בין פרטים או אוכלוסיות, העשויים לספק תובנות לגבי הבסיס הגנטי של מחלות, תכונות ותהליכים אבולוציוניים.
- גנומיקה תפקודית: תחום זה חוקר כיצד גנים מתפקדים ומקיימים יחסי גומלין זה עם זה ועם הסביבה. הוא כולל טרנסקריפטומיקה (חקר ביטוי גנים), פרוטאומיקה (חקר חלבונים) ומטבולומיקה (חקר מטבוליטים).
- גנומיקה השוואתית: באמצעות השוואת גנומים של מינים שונים, חוקרים יכולים לחשוף קשרים אבולוציוניים, לזהות אזורים שמורים ולהבין את הבסיס הגנטי של המגוון הביולוגי.
- גנומיקה רפואית: מחקר גנומי ברפואה מתמקד בהבנת הבסיס הגנטי של מחלות, בחיזוי הסיכון למחלות ובפיתוח טיפולים והתערבויות מותאמים אישית.
מחקר גנומי הוביל להתקדמות משמעותית בתחומים כגון רפואה, חקלאות, ביולוגיה אבולוציונית וביוטכנולוגיה, ותרם להבנתנו את החיים ברמה המולקולרית ולשיפור בריאות האדם ורווחתו.
ספרות / מקורות
- 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.
