차세대 시퀀싱을 위한 초음파 DNA 단편화

차세대 시퀀싱(NGS)에서는 유전체 DNA 가닥의 염기서열을 분석하고 유전체 라이브러리를 제작하기 위해 유전체 DNA를 신뢰성 있게 전단하고 단편화해야 합니다. DNA를 제어된 방식으로 DNA 단편으로 나누는 것은 DNA 염기서열 분석 전에 필요한 필수 시료 준비 단계입니다. 초음파 처리는 DNA를 특정 길이로 단편화하는 효율적이고 신뢰할 수 있는 기법으로 입증되었습니다. 초음파 DNA 단편화 프로토콜은 재현성 있는 단편화 결과를 제공합니다. Hielscher 초음파 처리기는 운전 매개변수를 통해 정밀하게 제어할 수 있는 폭넓은 유전체 DNA 단편 크기 분포를 생성할 수 있습니다. Hielscher 초음파 DNA 전단 시스템은 단일 바이알과 다중 바이알뿐 아니라 마이크로플레이트용으로도 제공되므로 시료 준비의 효율성이 매우 높아집니다.

차세대 시퀀싱: 라이브러리 준비를 위한 초음파 DNA 단편화

차세대 시퀀싱을 수행하려면 (1) 라이브러리 준비, (2) 시퀀싱, (3) 데이터 분석의 세 가지 기본 단계를 거쳐야 합니다. 라이브러리 준비 과정에서는 DNA를 단편화한 다음, 아데닌 염기 하나를 추가하여 단편 말단을 복구(폴리싱)하고 표적 단편을 이중 가닥 DNA로 전환합니다. 마지막으로 라이게이션, PCR 또는 태그멘테이션으로 이른바 어댑터를 부착하여 최종 라이브러리 DNA 산물을 시퀀싱용으로 정량할 수 있도록 합니다.
초음파 처리를 이용한 DNA 단편화: 특히 긴 DNA 단편을 쉽게 읽을 수 없는 Illumina와 같은 짧은 리드 시퀀싱 기술을 사용할 때는 DNA 가닥을 특정 크기로 단편화해야 하며, 이는 초음파 처리를 통해 신뢰성 있게 달성할 수 있습니다.
초음파 처리는 DNA, RNA 및 염색질 단편화에 신뢰성 있게 사용할 수 있습니다.

차세대 시퀀싱 – 라이브러리 준비

초음파 DNA 단편화는 차세대 시퀀싱(NGS) 플랫폼용 DNA 시퀀싱 라이브러리를 준비할 때 흔히 사용됩니다. 이 기법은 DNA 분자를 원하는 크기 범위의 더 작은 단편으로 나누는 데 사용되며, 라이브러리 준비의 후속 단계를 용이하게 합니다. 초음파 DNA 단편화는 일반적으로 NGS 작업 흐름의 라이브러리 준비 단계에서 유전체 DNA를 후속 처리 및 시퀀싱에 적합한 더 작은 조각으로 나누기 위해 필요합니다. 사용 중인 특정 시퀀싱 플랫폼에 적합한 크기 범위의 DNA 단편을 생성함으로써 시퀀싱 실험의 성공을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

차세대 시퀀싱 – 공정 단계:

• 초음파 DNA 단편화: 라이브러리 구축 전에 유전체 DNA를 더 작고 다루기 쉬운 조각으로 단편화합니다. 초음파 단편화는 고주파 음파를 사용하여 DNA 분자를 원하는 크기 범위의 단편으로 전단하는 과정입니다. 이 단계는 이후 생성되는 시퀀싱 리드가 사용 중인 시퀀싱 플랫폼에 적합한 길이가 되도록 하는 데 도움이 되므로 매우 중요합니다. 단편의 크기 범위는 시퀀싱 실험의 구체적인 요구 사항에 따라 조절할 수 있습니다.
• PCR을 통한 클론 증폭: 초음파 단편화 후, DNA 단편은 말단 복구, 어댑터 연결 및 PCR 증폭을 거쳐 최종 DNA 시퀀싱 라이브러리를 형성합니다. 이러한 단계에서는 시퀀싱 플랫폼에 결합하는 데 필요한 어댑터 서열을 추가하고 PCR 증폭을 위한 프라이머 결합 부위를 제공하여 단편화된 DNA 분자가 시퀀싱 과정을 거칠 수 있도록 준비합니다.
• 합성에 의한 DNA 시퀀싱: 시퀀싱 라이브러리가 준비되면 합성에 의한 DNA 시퀀싱(SBS) 과정이 시작됩니다. SBS에서는 상보적 가닥에 뉴클레오타이드를 순차적으로 추가하여 DNA 서열을 결정합니다. 이 단계에서는 뉴클레오타이드 편입, 이미징 및 절단 반응을 주기적으로 반복하며, 편입된 뉴클레오타이드에서 방출되는 형광 신호를 바탕으로 DNA 서열을 결정할 수 있습니다.
• 대규모 병렬 시퀀싱: 마지막 단계에서는 공간적으로 분리된 증폭 DNA 주형의 서열을 대규모 병렬 방식으로 동시에 분석합니다. 이러한 고처리량 시퀀싱 방식은 한 번의 시퀀싱 실행으로 수백만 개에서 수십억 개의 시퀀싱 리드를 생성할 수 있어, DNA 서열을 효율적이고 신속하게 결정할 수 있습니다.

초음파 DNA 단편화는 어떻게 작동하나요?

음향 시료 처리라고도 하는 초음파 처리는 DNA를 단편화하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 초음파 DNA 전단을 위해 시료를 제어된 조건에서 초음파에 노출합니다. 초음파 DNA 단편화의 작동 원리는 초음파가 발생시키는 진동과 캐비테이션에 기반합니다. 초음파(음향) 캐비테이션으로 발생하는 전단력이 고분자량 DNA 분자를 절단합니다. 강도(진폭, 지속 시간), 펄스 모드 및 온도와 같은 초음파 처리 설정을 통해 DNA를 원하는 특정 길이의 단편으로 정밀하게 단편화할 수 있습니다. 초음파 처리로 DNA를 흔히 100–600 bp로 줄이지만, 더 완만한 초음파 조건을 적용하면 최대 1300 bp의 더 긴 DNA 단편을 얻을 수 있습니다.

DNA 분해를 방지하기 위한 온도 제어

DNA의 이중 가닥 분자 구조는 온도 상승에 매우 민감하므로, 시료 준비 단계에서 온도를 정밀하게 제어하는 것은 신뢰할 수 있는 분석 결과를 얻기 위한 핵심 요소입니다.
Hielscher의 프로브형 초음파 처리기, VialTweeter 또는 UIP400MTP 중 어느 장치를 사용하든, 연결형 온도 센서와 지능형 장치 소프트웨어를 통해 지속적인 온도 모니터링과 제어가 보장됩니다. 온도를 특정 범위 내로 유지하기 위해 온도 상한과 하한을 설정할 수 있습니다. 이에 따라 초음파 처리기는 이 온도 한계를 초과하는 즉시 일시 정지하고, 온도가 설정된 ∆T만큼 낮아지면 자동으로 초음파 처리를 재개합니다.
Hielscher 초음파 처리기의 정교한 소프트웨어는 이상적인 시료 처리 조건이 안정적으로 유지되도록 보장합니다.

UIP400MTP 멀티웰 플레이트 초음파 처리기를 이용한 대량 시료의 DNA 단편화

지난 십 년 동안 생명과학 분야의 시료 수가 크게 증가했습니다. 이는 비교 가능하고 유효한 결과를 얻기 위해 시료 준비 및 분석 과정에서 매우 많은 수의 시료(예: 마이크로플레이트당 384, 1536 또는 3456개의 웰)를 일관되게 동일한 조건에서 처리해야 함을 의미합니다. Hielscher Ultrasonics는 UIP400MTP를 통해 대량 시료 처리 추세에 부응하고 있습니다. UIP400MTP는 마이크로플레이트를 사용하는 시료 준비용 초음파 처리기입니다. UIP400MTP는 6, 12, 24, 48, 96, 384, 1536 또는 3456개의 웰이 있는 플레이트를 처리할 수 있습니다. 마이크로플레이트 유형에 따라 각 웰에는 일반적으로 수십 나노리터에서 수 밀리리터에 이르는 부피의 시료를 담을 수 있습니다. 생명과학 연구에서 널리 사용되는 UIP400MTP는 ELISA(효소결합면역흡착분석) 또는 PCR과 같은 분석 전이나 단백질 분석 전의 시료 준비뿐 아니라 CHiP 및 CHiP-seq 전의 크로마틴 준비, 히스톤 변형 식별 및 기타 분석 처리(예: 겔 전기영동, 질량분석)에도 매우 흔히 사용됩니다.
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최대 10개 바이알의 시료 준비를 위한 VialTweeter

VialTweeter는 실험실에서 널리 사용되는 초음파 처리기 VialTweeter로, 최대 10개의 바이알을 동시에 효과적이고 편리하게 초음파 처리할 수 있습니다. 바이알과 시험관(예: Eppendorf 바이알, 동결 보존용 바이알, 원심분리 튜브)을 간접적으로 초음파 처리하므로 모든 교차 오염을 방지합니다. 각 시료에 동일한 초음파 강도가 전달되므로 모든 초음파 처리 결과가 균일하고 재현 가능합니다. VialTweeter는 당사의 다른 디지털 장치와 마찬가지로 모든 스마트 기능(예: 스마트 메뉴, 프로그래밍 가능한 설정, 온도 제어, 원격 제어 등)을 제공하여 최고의 사용자 편의성을 보장합니다.

마이크로웰 플레이트용 다중 핑거 프로브

초음파 프로브 균질기 UP200Ht 및 UP200St에 사용할 수 있는 4개 또는 8개의 핑거가 달린 다중 핑거 프로브는 여러 시료를 동일한 조건에서 동시에 초음파 처리할 수 있는 편리한 옵션입니다. 예를 들어, 소노트로드 MTP-24-8-96은 여덟 개의 핑거가 달린 프로브로, 자동화 시스템에 통합하거나 멀티웰 플레이트의 웰에 담긴 시료를 수작업으로 효율적으로 준비하는 데 이상적입니다. 다중 핑거 소노트로드는 표준 초음파 소노트로드를 사용하여 주로 비커와 시험관을 처리하는 실험실의 자동화에 이상적입니다. 다중 핑거 프로브와 표준 프로브는 몇 분 이내에 신속하게 교체할 수 있어, 단일 프로브 초음파 처리기를 다중 프로브 초음파 파쇄기로 전환할 수 있습니다.

DNA 단편화용 Hielscher 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonics는 DNA, RNA 및 크로마틴 단편화를 위한 다양한 초음파 기반 플랫폼을 제공합니다. 이러한 다양한 플랫폼에는 초음파 프로브(소노트로드), 여러 튜브 또는 멀티웰 플레이트(예: 96웰 플레이트, 마이크로타이터 플레이트)의 동시 시료 준비를 위한 간접 초음파 처리 솔루션, 초음파 반응기 및 초음파 cuphorns가 포함됩니다. 모든 DNA 전단 플랫폼은 정밀한 제어가 가능하고 재현 가능한 결과를 제공하는 주파수 조정형 고성능 초음파 프로세서로 구동됩니다.

모든 시료 수와 크기에 대응하는 초음파 프로세서

Hielscher의 다중 시료 초음파 처리기 VialTweeter(최대 10개 시험관용)와 UIP400MTP(마이크로플레이트/멀티웰 플레이트용)를 사용하면 강력하고 정밀하게 제어 가능한 초음파 처리를 통해 원하는 DNA 단편 크기 분포와 수율을 얻으면서 시료 처리 시간을 단축할 수 있습니다. 초음파 DNA 단편화는 시료 준비를 효율적이고 신뢰할 수 있으며 규모 확장이 가능하게 만듭니다. 지속적으로 제어되는 초음파를 적용하면 프로토콜을 시료 하나에서 다수의 시료로 선형적으로 확장할 수 있습니다.
핑거가 한 개에서 다섯 개 달린 프로브 초음파 처리기는 적은 수의 시료를 준비하는 데 이상적입니다. Hielscher의 실험실용 초음파 처리기는 다양한 크기로 제공되므로, 귀하의 응용 분야와 요구 사항에 이상적인 장치를 추천해 드릴 수 있습니다.

정밀한 공정 제어

과도한 초음파 처리는 DNA, RNA 및 염색질을 파괴할 수 있지만, 초음파 전단 처리가 불충분하면 DNA 및 염색질 단편이 지나치게 길어지므로 정밀하게 제어할 수 있는 초음파 처리 설정이 매우 중요합니다. Hielscher의 디지털 초음파 처리기는 초음파 처리 매개변수를 손쉽게 정밀하게 설정할 수 있습니다. 특정 초음파 처리 설정을 프로그램 설정으로 저장하여 동일한 절차를 신속하게 반복할 수도 있습니다.
모든 초음파 처리는 자동으로 기록되어 내장 SD 카드에 CSV 파일로 저장됩니다. 이를 통해 수행한 실험을 정확하게 문서화하고 초음파 처리 실행 내역을 손쉽게 검토할 수 있습니다.
브라우저 원격 제어를 통해 모든 디지털 초음파 처리기를 일반적인 모든 표준 브라우저에서 조작하고 모니터링할 수 있습니다. LAN 연결로 매우 간단하게 플러그 앤 플레이 방식으로 설정할 수 있으므로 추가 소프트웨어를 설치할 필요가 없습니다.


초음파 시료 전처리에서 최고의 사용자 편의성

모든 Hielscher 초음파 처리기는 고성능 초음파를 제공하면서도 항상 사용자 편의성이 매우 높고 조작하기 쉽도록 설계되었습니다. 모든 설정은 명확한 메뉴에 체계적으로 구성되어 있으며, 컬러 터치 디스플레이나 브라우저 원격 제어를 통해 손쉽게 접근할 수 있습니다. 설정 프로그래밍과 자동 데이터 기록 기능을 갖춘 스마트 소프트웨어는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 결과를 위한 최적의 초음파 처리 설정을 보장합니다. 깔끔하고 사용하기 쉬운 메뉴 인터페이스는 Hielscher 초음파 처리기를 사용자 친화적이고 효율적인 장치로 만들어 줍니다.
아래 표는 DNA 및 RNA 단편화, 세포 용해, 단백질 추출 등의 시료 전처리 작업에 이상적인 당사 실험실용 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다.