Apstrāde ar ultraskaņu atvieglo genoma pētniecību
Genoma pētniecība ir radikāli mainījusi mūsu izpratni par bioloģiskajām sistēmām, ļaujot noskaidrot sarežģītos ģenētiskos mehānismus, kas ir dažādu slimību un pazīmju pamatā. Apstrāde ar ultraskaņu – metode, kas sākotnēji izstrādāta šūnu membrānu sagraušanai, – ir plaši izmantota genoma pētniecībā. Šajā rakstā sniegts pārskats par apstrādes ar ultraskaņu izmantošanu genoma pētījumos, tostarp DNS izolēšanā un fragmentēšanā, hromatīna imūnprecipitācijā (ChIP) un nākamās paaudzes sekvenēšanas bibliotēku sagatavošanā. Šajā rakstā sniegts pārskats par apstrādes ar ultraskaņu principiem, metodēm un lietojumiem genoma pētniecībā, kā arī jūs iepazīstināti ar genoma pētniecībai vispiemērotākajiem ultraskaņas aparātiem.
Ultraskaņas aparāti genoma pētniecībā
Pēdējās desmitgadēs genoma pētniecībā ir panākts ievērojams progress, ko veicinājusi augstas caurlaidspējas sekvenēšanas tehnoloģiju un inovatīvu eksperimentālo metožu attīstība. Šie sasniegumi ir atvieglojuši visaptverošu genomu, epigenomu un transkriptomu analīzi, sniedzot ieskatu slimību, evolūcijas un fenotipiskās mainības ģenētiskajā pamatā.
Apstrāde ar ultraskaņu – mehānisks process, kurā molekulāro struktūru sagraušanai izmanto ultraskaņas radītos fizikālos spēkus, – ir kļuvusi par daudzpusīgu rīku genoma pētniecībā. Apstrāde ar ultraskaņu ir labi pārbaudīta metode, ko izmanto DNS fragmentēšanai, hromatīna sašķelšanai ar bīdes spēkiem un NGS bibliotēku sagatavošanai.
Apstrādes ar ultraskaņu lietojumi genoma pētniecībā
Bioloģiskos paraugus apstrādā ar ultraskaņu, lai tos sagatavotu pirms testiem, analīzēm vai turpmākajiem procesiem. Biežākie paraugu sagatavošanas lietojumi, kuros izmanto apstrādi ar ultraskaņu, ir šādi:
Apstrādi ar ultraskaņu izmanto precīzai genoma DNS fragmentēšanai, iegūstot vēlamā izmēra DNS fragmentus dažādiem turpmākajiem lietojumiem, tostarp PCR, klonēšanai un Sauterna blotēšanai. Apstrādei ar ultraskaņu ir priekšrocības salīdzinājumā ar enzimātiskajām metodēm, jo tā ļauj elastīgi kontrolēt fragmentu izmēru un to sadalījumu. Augstas caurlaidspējas paraugu sagatavošana ar plašu ultraskaņas aparātu UIP400MTP atvieglo liela paraugu skaita apstrādi.
Lasiet vairāk par ultraskaņas izmantošanu DNS fragmentēšanā un plazmīdu fragmentēšanā!
Lasiet vairāk par apstrādes ar ultraskaņu izmantošanu nākamās paaudzes sekvenēšanā!
Ultraskaņas aparāts VialTweeter vairākos flakonos esošu paraugu vienlaicīgai sagatavošanai
Kā izvēlēties labāko ultraskaņas aparātu saviem ar DNS saistītajiem pētījumiem?
Terminu “apstrāde ar ultraskaņu” lieto, lai apzīmētu dažādus ultraskaņas izmantošanas veidus. Visizplatītākās metodes ir ultraskaņas vanna un zondes tipa ultraskaņas aparāts. Tālāk uzzināsiet, kāpēc pareiza ultraskaņas aparāta izvēle uzlabos jūsu pētījumu rezultātu kvalitāti un pamatotību.
Uzziniet par atšķirībām starp dažādiem ultraskaņas aparātu modeļiem, to priekšrocībām un ierobežojumiem. Šeit sīkāk aplūkosim genoma pētniecībā visplašāk izmantotos ultraskaņas aparātu modeļus.
Apstrāde ultraskaņas vannā: Kāpēc ultraskaņas vannas sniedz neuzticamus, nereproducējamus rezultātus? Genomikas paraugus ievieto ūdens vannā, kuras tvertnes apakšai ir piestiprināti vairāki ultraskaņas pārveidotāji. Akustiskās kavitācijas zonas tvertnē veidojas ļoti nevienmērīgi un nenodrošina vienmērīgu ultraskaņas jaudu. Ar šo metodi paraugi tiek apstrādāti ar mainīgu intensitāti, un tā nenodrošina reproducējamus rezultātus paraugu sagatavošanā, piemēram, DNS fragmentēšanā. Šīs nevienmērīgās apstrādes dēļ nav iespējams kontrolēt DNS fragmentu izmēru. Ar parastu ultraskaņas vannu nav iespējams veikt uzticamus, atkārtojamus pētījumus.
Vai vēlaties uzzināt vairāk par zondes tipa ultraskaņas procesora un ultraskaņas vannas salīdzinājumu? Noklikšķiniet šeit!
Atšķirībā no ultraskaņas vannas Hielscher ultraskaņas procesori ir precīzi vadāmi un nodrošina jaudīgu ultraskaņu. Apstrādes ar ultraskaņu intensitāti var precīzi pielāgot lietojumam, lai novērstu nevēlamu bioloģisko paraugu degradāciju. Paraugu apstrādes laikā tiek nodrošināta optimāla nukleīnskābju un citu biomolekulu saglabāšana. Tas ir īpaši izdevīgi genomikas pētījumos, kuros paraugu integritāte ir izšķiroša turpmākajai analīzei. Viedās funkcijas, piemēram, programmējami iestatījumi, attālināta vadība pārlūkprogrammā un automātiska datu reģistrēšana, atvieglo pētniecisko darbu laboratorijās.
Hielscher ultraskaņas procesoru modeļi genomikas pētījumiem
- Apstrāde ar zondes tipa ultraskaņas procesoru: Ultraskaņas zondi ievieto tieši parauga mēģenē, nodrošinot lokālu apstrādi ar ultraskaņu un precīzu fragmentēšanas parametru kontroli. Šai metodei dod priekšroku, ja paraugu skaits ir neliels, piemēram, apstrādājot atsevišķus flakonus vai vārglāzes.
Visus zondes tipa ultraskaņas procesorus DNS fragmentēšanai un paraugu sagatavošanai atradīsiet šeit! - CupHorn un UIP400MTP: Hielscher ultraskaņas procesoru modeļi Ultrasonic Cuphorn un UIP400MTP Plate Sonicator būtiski atšķiras no parastas ultraskaņas vannas vai tīrīšanas tvertnes. Lai gan pirmajā mirklī ultraskaņas viļņu netiešās pārneses princips caur ūdens vannu šķiet līdzīgs – atšķirība starp Hielscher ultraskaņas kausveida sonotrodi vai plašu ultraskaņas procesoru un parastu ultraskaņas vannu nevarētu būt lielāka! Hielscher sistēmās jaudīga ultraskaņa vienmērīgi ierosina gan kausveida sonotrodes, gan plašu ultraskaņas procesora visas pamatnes svārstības. Tas nozīmē, ka visa virsma vibrē ar pilnīgi vienādu amplitūdu un frekvenci. Nav nevienas neaktīvas zonas, kas netiktu pakļauta ultraskaņai, un visi paraugi tiek apstrādāti ar ultraskaņu vienādā intensitātē! Tas nodrošina vienmērīgus, reproducējamus rezultātus paraugu sagatavošanā ar ultraskaņu.
Plašāku informāciju par ultraskaņas kausveida sonotrodi atradīsiet šeit!
Plašāku informāciju par plašu ultraskaņas procesoru UIP400MTP atradīsiet šeit! - VialTweeter: VialTweeter izmanto unikālas konstrukcijas vibrējošu bloka sonotrodi, kurā nostiprināti flakoni, lai ultraskaņas enerģiju pārnestu tieši uz paraugu flakoniem bez nepieciešamības tos iegremdēt ūdens vannā vai citā vidē. Šī netiešā, taču ļoti efektīvā apstrādes ar ultraskaņu metode ir ideāli piemērota līdz 10 slēgtu flakonu apstrādei un novērš krustenisko piesārņojumu.
Lasiet vairāk par līdz 10 slēgtu flakonu apstrādi ar ultraskaņu bez piesārņojuma, izmantojot VialTweeter!
Ultraskaņas kausveida sonotrode slēgtu mēģeņu un flakonu intensīvai apstrādei ar ultraskaņu sterilai DNS fragmentēšanai.
Ultraskaņas procesori automatizētās sistēmās – vienkārša integrācija
Hielscher ultraskaņas procesorus var integrēt automatizētās sistēmās. Atvērtā tīkla saskarne un programmēšanas funkcijas padara Hielscher ultraskaņas procesorus piemērotus automatizācijai. Integrācija ar automatizācijas un robotikas risinājumiem ļauj apstrādāt lielu skaitu genomikas paraugu, atvieglojot plaša mēroga pētījumus un personalizētās medicīnas iniciatīvas. Iespēja integrēt ultraskaņas procesoru automatizētā paraugu sagatavošanas sistēmā optimizē darbības ar paraugiem un nodrošinās efektīvu, reproducējamu un drošu paraugu apstrādi dažādos lietojumos un dažādiem paraugu veidiem.
- augsta efektivitāte
- vismodernākās tehnoloģijas
- uzticamība un izturība
- regulējama, precīza procesa vadība
- apstrāde partijās un plūsmas līnijā
- jebkuram tilpumam
- vieda programmatūra
- viedās funkcijas (piem., programmēšana, datu reģistrēšana, tālvadība)
- vienkārša un droša lietošana
- neliela apkopes nepieciešamība
- CIP (tīrīšana uz vietas)
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte
Hielscher ultraskaņas ierīces ir plaši pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas ierīces viegli integrēt rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultraskaņas ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un lietotājam draudzīgu darbību. Protams, Hielscher ultraskaņas ierīces atbilst CE prasībām, kā arī UL, CSA un RoHs prasībām.
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu laboratorijas ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu. Šīs ierīces ir ideāli piemērotas tādiem paraugu sagatavošanas uzdevumiem kā DNS un RNS fragmentēšana, šūnu līze, kā arī DNS un olbaltumvielu izolēšana:
| Ierīce | Jauda [W] | Veids | Tilpums [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | mikroplatēm | 6 – 3456 iedobītes | VialTweeter | 200 | līdz 10 flakoniem ar papildu iespēju izmantot skavas stiprinājumu | 0,5 – 1,5 |
| UP50H | 50 | zondes tipa | 0,01 – 250 |
| UP100H | 100 | zondes tipa | 0,01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | zondes tipa | 0,1 – 1000 |
| UP200St | 200 | zondes tipa | 0,1 – 1000 |
| UP400St | 400 | zondes tipa | 5,0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, ultraskaņas reaktors | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | plūsmas šūna bez piesārņojuma |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Bieži uzdotie jautājumi par genomiku un apstrādi ar ultraskaņu
Šeit atradīsiet atbildes uz visbiežāk uzdotajiem jautājumiem par apstrādi ar ultraskaņu un genoma pētījumiem.
Kā apstrāde ar ultraskaņu ietekmē DNS?
Apstrāde ar ultraskaņu sadala DNS mazākos fragmentos, izmantojot augstfrekvences skaņas viļņus, kas rada mehāniskus spēkus un izraisa DNS pavedienu pārtrūkšanu nejaušās vietās. Pielāgojot apstrādes ar ultraskaņu intensitāti, var iegūt lielākus vai mazākus DNS fragmentus atkarībā no turpmākās apstrādes un analīzes prasībām.
Kāds ir apstrādes ar ultraskaņu protokols DNS fragmentēšanai?
Tipisks apstrādes ar ultraskaņu protokols DNS fragmentēšanai ietver DNS paraugu apstrādi buferšķīdumā ar ultraskaņas viļņiem īsu impulsu sērijā, kam seko dzesēšanas intervāli, lai novērstu paraugu sasilšanu. Tādus parametrus kā amplitūda, ilgums un ciklu skaits optimizē atbilstoši parauga veidam un vēlamajam fragmentu izmēram.
Kā darbojas apstrāde ar ultraskaņu DNS sadalīšanai ar bīdes spēkiem?
Apstrāde ar ultraskaņu DNS sadalīšanai ar bīdes spēkiem ietver kontrolētu mehānisku spēku iedarbību uz DNS molekulām, izmantojot ultraskaņas viļņus. Šie spēki izjauc ūdeņraža saites un citas mijiedarbības, kas satur DNS pavedienus kopā, izraisot nejaušus pārrāvumus un DNS fragmentēšanu mazākos gabalos.
Cik ilgi DNS paraugi jāapstrādā ar ultraskaņu?
DNS paraugu apstrādes ar ultraskaņu ilgums ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā parauga tilpums, koncentrācija un vēlamais fragmentu izmērs. Parasti apstrādi ar ultraskaņu veic īsos impulsos, kuru ilgums ir no dažām sekundēm līdz vairākām minūtēm, ar dzesēšanas intervāliem, lai novērstu paraugu pārkaršanu.
Kura ir labākā ultraskaņas apstrādes ierīce DNS izolēšanai?
Labākās ultraskaņas apstrādes ierīces izvēle DNS izolēšanai ir atkarīga no tādiem faktoriem kā parauga tilpums, paraugu apstrādes ražīgums un vēlamais fragmentu izmērs. Daži populāri varianti ir Hielscher UIP400MTP ultraskaņas apstrādes ierīce platēm, VialTweeter, CupHorn un ultraskaņas zonde UP100H. Šīs ultraskaņas apstrādes ierīces nodrošina precīzu apstrādes parametru kontroli un ir piemērotas dažādiem DNS izolēšanas lietojumiem pētniecības laboratorijās.
Kas ir genomika?
Genomika ir daudzdisciplināra bioloģijas nozare, kas pēta genomu pilnīgu sastāvu, funkcijas, evolūciju, kartēšanu un modificēšanu. Genoms ietver visu organisma DNS, aptverot gan tā gēnus, gan to sarežģīto telpisko organizāciju. Atšķirībā no ģenētikas, kas pievēršas atsevišķiem gēniem un to pārmantošanas likumsakarībām, genomikas mērķis ir visaptveroši raksturot un kvantitatīvi novērtēt visus organisma gēnus, noskaidrojot to mijiedarbību un ietekmi uz organismu kopumā. Gēniem ir izšķiroša loma olbaltumvielu sintēzes vadīšanā, ko veicina enzīmi un signālmolekulas. Šīs olbaltumvielas savukārt veido orgānu un audu strukturālās sastāvdaļas, regulē bioķīmiskos procesus un veicina saziņu starp šūnām. Genomika ietver veselu genomu sekvenēšanu un analīzi, izmantojot augstas caurlaidspējas DNS sekvenēšanas metodes un bioinformātikas rīkus, lai pilnībā atšifrētu genomu struktūru un funkcijas.
Genomika pēta visu organisma ģenētisko materiālu, tostarp tā DNS secību, organizāciju, funkciju un mainību. Tā ietver gēnu, to mijiedarbības un ietekmes uz pazīmēm un uzvedību analīzi. Genomikas pētījumos izmanto dažādas metodes un pieejas, lai izprastu genomu struktūru un funkcijas, kā arī to lomu veselībā, slimībās, evolūcijā un citos bioloģiskajos procesos.
Genomikas pētījumu mērķi ir:
- Sekvenēt genomus: Tas ietver nukleotīdu (A, T, C un G) secības noteikšanu organisma DNS. Var sekvenēt visu genomu vai konkrētus interesējošos reģionus.
- Analizēt ģenētisko mainību: Genomikas pētījumos izzina DNS secību atšķirības starp indivīdiem vai populācijām, kas var sniegt ieskatu slimību, pazīmju un evolūcijas procesu ģenētiskajos pamatos.
- Funkcionālā genomika: Šī joma pēta, kā gēni funkcionē un mijiedarbojas savā starpā un ar vidi. Tā ietver transkriptomiku (gēnu ekspresijas izpēti), proteomiku (olbaltumvielu izpēti) un metabolomiku (metabolītu izpēti).
- Salīdzinošā genomika: Salīdzinot dažādu sugu genomus, pētnieki var atklāt evolucionārās radniecības saites, identificēt konservatīvos reģionus un izprast bioloģiskās daudzveidības ģenētiskos pamatus.
- Medicīniskā genomika: Genomikas pētījumi medicīnā ir vērsti uz slimību ģenētisko pamatu izpratni, slimību riska prognozēšanu un personalizētu ārstēšanas metožu un iejaukšanās pasākumu izstrādi.
Genomikas pētījumi ir nodrošinājuši ievērojamu progresu tādās jomās kā medicīna, lauksaimniecība, evolūcijas bioloģija un biotehnoloģija, paplašinot mūsu izpratni par dzīvību molekulārā līmenī un uzlabojot cilvēku veselību un labklājību.
Literatūra / Atsauces
- 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 ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.