Badania genomiczne ułatwione dzięki sonikacji
Badania genomiczne zrewolucjonizowały nasze rozumienie systemów biologicznych, umożliwiając wyjaśnienie złożonych mechanizmów genetycznych leżących u podstaw różnych chorób i cech. Sonikacja, technika pierwotnie opracowana do rozbijania błon komórkowych, znalazła szerokie zastosowanie w badaniach genomicznych. Niniejszy artykuł zawiera przegląd zastosowania sonikacji w badaniach genomicznych, w tym izolacji i fragmentacji DNA, immunoprecypitacji chromatyny (ChIP) oraz przygotowania bibliotek sekwencjonowania nowej generacji. Ten artykuł zawiera przegląd zasad, metodologii i zastosowań sonikacji w badaniach genomicznych i przedstawia najbardziej odpowiednie sonikatory do badań genomicznych.
Sonikatory w badaniach genomicznych
Badania genomiczne przeszły niezwykły postęp w ostatnich dziesięcioleciach, napędzany rozwojem wysokowydajnych technologii sekwencjonowania i innowacyjnych metod eksperymentalnych. Postępy te ułatwiły kompleksową analizę genomów, epigenomów i transkryptomów, oferując wgląd w genetyczne podstawy chorób, ewolucji i zmienności fenotypowej.
Sonikacja, proces mechaniczny polegający na zastosowaniu sił fizycznych ultradźwięków do rozbijania struktur molekularnych, stała się wszechstronnym narzędziem w badaniach genomicznych. Sonikacja jest dobrze ugruntowaną techniką stosowaną do fragmentacji DNA, ścinania chromatyny i przygotowywania bibliotek NGS.
Zastosowania sonikacji w badaniach genomicznych
Sonikacja jest stosowana do próbek biologicznych w celu przygotowania próbki przed testami, analizą lub w przygotowaniu do dalszych procesów. Najczęstsze aplikacje do przygotowania próbek z wykorzystaniem sonikacji obejmują:
Sonikacja jest wykorzystywana do precyzyjnej fragmentacji genomowego DNA, umożliwiając generowanie fragmentów DNA o pożądanych rozmiarach do różnych dalszych zastosowań, w tym PCR, klonowania i Southern blotting. Sonikacja oferuje przewagę nad metodami enzymatycznymi, ponieważ pozwala na elastyczną kontrolę nad rozmiarem i rozkładem fragmentów. Wysokowydajne przygotowywanie próbek za pomocą sonikatora płytkowego UIP400MTP usprawnia przetwarzanie dużej liczby próbek.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękach Fragmentacja DNA i Fragmentacja plazmidu!
Przeczytaj więcej o wykorzystaniu sonikacji do sekwencjonowania nowej generacji!
Sonikator VialTweeter do jednoczesnego przygotowywania próbek z wielu fiolek
Jak wybrać najlepszy sonikator do badań związanych z DNA?
Termin “sonikacja” jest używany do różnych sposobów aplikacji ultradźwięków. Najbardziej rozpowszechnionymi metodami są kąpiel ultradźwiękowa i sonikator. Poniżej dowiesz się, dlaczego właściwy wybór sonikatora poprawi jakość i ważność twoich badań.
Dowiedz się o różnicach między różnymi modelami ultrasonografów, ich zaletach i ograniczeniach. Tutaj omówimy najczęściej używane modele sonikatorów do badań genomicznych.
Sonikacja kąpieli: Dlaczego sonikatory typu wannowego dają niewiarygodne, niepowtarzalne wyniki? Próbki genomu są umieszczane w łaźni wodnej wyposażonej w kilka przetworników ultradźwiękowych przymocowanych do dna zbiornika na wodę. Miejsca kawitacji akustycznej występują bardzo nierównomiernie w zbiorniku i nie zapewniają stałej mocy ultradźwięków. Metoda ta traktuje próbki z różną intensywnością i nie zapewnia powtarzalnych wyników w przygotowaniu próbek, takich jak fragmentacja DNA. W konsekwencji tego nierównomiernego traktowania, kontrola nad wielkością fragmentu DNA nie jest podana. W przypadku zwykłej kąpieli ultradźwiękowej wiarygodne, powtarzalne badania są niewykonalne.
Chcesz dowiedzieć się więcej o sonikatorze sondowym a kąpieli ultradźwiękowej? Kliknij tutaj!
W przeciwieństwie do kąpieli ultradźwiękowej, Hielscher to precyzyjnie kontrolowane sonikatory, które dostarczają potężne ultradźwięki. Intensywność sonikacji może być dokładnie dostosowana do zastosowania, dzięki czemu unika się niepożądanej degradacji próbek biologicznych. Zapewnia to optymalną ochronę kwasów nukleinowych i innych biomolekuł podczas przetwarzania próbek. Jest to szczególnie korzystne w badaniach genomicznych, gdzie integralność próbki ma kluczowe znaczenie dla dalszej analizy. Inteligentne funkcje, takie jak programowalne ustawienia, zdalne sterowanie przez przeglądarkę i automatyczne rejestrowanie danych, ułatwiają pracę badawczą w laboratoriach.
Modele sonikatora Hielschera do badań genomicznych
- Sonikacja typu sondowego: Sonda sonikacyjna jest wprowadzana bezpośrednio do probówki z próbką, umożliwiając zlokalizowaną sonikację i precyzyjną kontrolę nad parametrami fragmentacji. Metoda ta jest preferowana w przypadku małych ilości próbek, takich jak pojedyncze fiolki lub zlewki.
Znajdź wszystkie sonikatory do fragmentacji DNA i przygotowania próbek tutaj! - CupHorn i UIP400MTP: Modele sonikatorów Hielscher Ultrasonic Cuphorn i UIP400MTP Plate Sonicator znacznie różnią się od zwykłej kąpieli ultradźwiękowej lub zbiornika czyszczącego. Podczas gdy na pierwszy rzut oka zasada pośredniej transmisji fal ultradźwiękowych przez kąpiel wodną wydaje się podobna – Różnica między ultradźwiękowym sonikatorem Hielscher lub sonikatorem płytowym a zwykłą kąpielą ultradźwiękową nie może być większa! W systemach Hielscher całe dno sonikatora cuphorn i płytowego jest równomiernie mieszane przez silne ultradźwięki. Oznacza to, że cała powierzchnia wibruje z dokładnie taką samą amplitudą i częstotliwością. Nie znaleziono martwego, niesonikowanego miejsca, wszystkie próbki są sonikowane z tą samą intensywnością! Zapewnia to jednolite, powtarzalne wyniki w ultradźwiękowym przygotowaniu próbki.
Więcej informacji na temat rogu ultradźwiękowego można znaleźć tutaj!
Więcej informacji na temat sondy płytowej UIP400MTP można znaleźć tutaj! - VialTweeter: VialTweeter wykorzystuje unikalną konstrukcję wibrującej sonotrody blokowej do przenoszenia energii ultradźwiękowej bezpośrednio do fiolek z próbkami bez konieczności zanurzania w łaźni wodnej lub innym medium. Ta pośrednia, ale wysoce wydajna metoda sonikacji jest idealna do obróbki do 10 zamkniętych fiolek i pozwala uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego.
Dowiedz się więcej o sonikacji bez zanieczyszczeń do 10 zamkniętych fiolek za pomocą urządzeniaVialTweeter!
Ultradźwiękowy CupHorn do intensywnej sonikacji zamkniętych probówek i fiolek w celu sterylnej fragmentacji DNA.
Sonikatory w systemach zautomatyzowanych – Prosta integracja
Sonikatory Hielscher mogą być zintegrowane z systemami zautomatyzowanymi. Dzięki otwartemu interfejsowi sieciowemu i funkcjom programowania sonikatory Hielscher nadają się do automatyzacji. Integracja z automatyką i robotyką umożliwia wysokowydajne przetwarzanie próbek genomowych, ułatwiając badania na dużą skalę i inicjatywy medycyny spersonalizowanej. Możliwość zintegrowania sonikatora ze zautomatyzowanym systemem przygotowywania próbek optymalizuje obsługę próbek i zapewnia wydajne, powtarzalne i bezpieczne przetwarzanie próbek w różnych zastosowaniach i typach próbek.
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność & solidność
- regulowana, precyzyjna kontrola procesu
- partia & inline
- dla dowolnego wolumenu
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. programowalne, protokołowanie danych, zdalne sterowanie)
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- niskie koszty utrzymania
- CIP (clean-in-place)
Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany
Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.
Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultrasonografów laboratoryjnych, które są idealne do przygotowywania próbek, takich jak fragmentacja DNA i RNA, liza komórek, a także izolacja DNA i białek:
| Urządzenie | Moc [W] | Typ | Objętość [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | dla mikropłytek | 6 – 3456 studni | VialTweeter | 200 | do 10 fiolek plus możliwość zacisku | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | typ sondy | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | typ sondy | 0.01 – Processor ultradźwiękowe 500 |
| UP200Ht | 200 | typ sondy | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | typ sondy | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | typ sondy | 5.0 – 2000 |
| cuphorn | 200 | CupHorn, sonoreaktor | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | Komora przepływowa wolna od zanieczyszczeń |
Skontaktuj się z nami!? Zapytaj nas!
Często zadawane pytania dotyczące genomiki i sonikacji
Tutaj znajdziesz odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania dotyczące ultrasonografii i badań genomicznych.
Co ma sonikacja do DNA?
Sonikacja rozbija DNA na mniejsze fragmenty poprzez zastosowanie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości, które wytwarzają siły mechaniczne, powodując pękanie nici DNA w losowych punktach. Regulacja intensywności sonikacji pozwala na tworzenie większych lub mniejszych fragmentów DNA w zależności od wymagań dotyczących późniejszego przetwarzania i analizy.
Jaki jest protokół sonikacji dla fragmentacji DNA?
Typowy protokół sonikacji do fragmentacji DNA obejmuje zastosowanie fal ultradźwiękowych do próbek DNA w roztworze buforowym dla serii krótkich serii, a następnie przerw na chłodzenie, aby zapobiec nagrzewaniu próbki. Parametry takie jak amplituda, czas trwania i liczba cykli są optymalizowane w oparciu o typ próbki i pożądany rozmiar fragmentu.
Jak działa sonikacja do ścinania DNA?
Sonikacja w celu ścinania DNA polega na przykładaniu kontrolowanych sił mechanicznych do cząsteczek DNA za pomocą fal ultradźwiękowych. Siły te zakłócają wiązania wodorowe i inne interakcje utrzymujące nici DNA razem, powodując losowe pęknięcia i fragmentację DNA na mniejsze kawałki.
Jak długo należy sonifikować próbki DNA?
Czas trwania sonikacji próbek DNA zależy od takich czynników, jak objętość próbki, stężenie i pożądany rozmiar fragmentu. Zazwyczaj sonikacja jest wykonywana dla krótkich serii w zakresie od kilku sekund do kilku minut, z przerwami na chłodzenie, aby zapobiec przegrzaniu próbki.
Jaki jest najlepszy sonikator do izolacji DNA?
Wybór najlepszego sonikatora do izolacji DNA zależy od takich czynników, jak objętość próbki, przepustowość i pożądany rozmiar fragmentu. Niektóre popularne opcje obejmują sonikator płytkowy Hielscher UIP400MTP, VialTweeter, CupHorn i sondę ultradźwiękową UP100H. Sonikatory te oferują precyzyjną kontrolę nad parametrami sonikacji i nadają się do różnych zastosowań izolacji DNA w laboratoriach badawczych.
Czym jest genomika?
Genomika to multidyscyplinarna gałąź biologii, która zajmuje się zrozumieniem pełnego składu, funkcji, ewolucji, mapowania i modyfikacji genomów. Genom obejmuje całe DNA w organizmie, w tym zarówno jego geny, jak i ich skomplikowaną trójwymiarową organizację. W przeciwieństwie do genetyki, która koncentruje się na poszczególnych genach i ich wzorcach dziedziczenia, genomika ma na celu kompleksową charakterystykę i kwantyfikację wszystkich genów w organizmie, wyjaśniając ich interakcje i wpływ na organizm jako całość. Geny odgrywają kluczową rolę w kierowaniu syntezą białek, wspomaganą przez enzymy i cząsteczki przekaźnikowe. Białka te z kolei stanowią elementy strukturalne narządów i tkanek, regulują procesy biochemiczne i ułatwiają komunikację między komórkami. Genomika obejmuje sekwencjonowanie i analizę całych genomów, wykorzystując wysokowydajne techniki sekwencjonowania DNA i narzędzia bioinformatyczne do rozszyfrowania struktury i funkcji genomów w całości.
Genomika to nauka o całym materiale genetycznym organizmu, w tym o jego sekwencji DNA, organizacji, funkcji i zmienności. Obejmuje analizę genów, ich interakcji oraz wpływu na cechy i zachowania. Badania genomiczne obejmują różne techniki i podejścia do zrozumienia struktury i funkcji genomów, a także ich roli w zdrowiu, chorobach, ewolucji i innych procesach biologicznych.
Badania genomiczne mają na celu
- Sekwencjonowanie genomów: Polega to na określeniu kolejności nukleotydów (A, T, C i G) w DNA organizmu. Może to być cały genom lub określone regiony zainteresowania.
- Analiza zmienności genetycznej: Badania genomiczne badają różnice w sekwencjach DNA między osobnikami lub populacjami, co może zapewnić wgląd w genetyczne podstawy chorób, cech i procesów ewolucyjnych.
- Genomika funkcjonalna: Dziedzina ta bada funkcjonowanie genów i ich interakcje między sobą oraz ze środowiskiem. Obejmuje transkryptomikę (badanie ekspresji genów), proteomikę (badanie białek) i metabolomikę (badanie metabolitów).
- Genomika porównawcza: Porównując genomy różnych gatunków, naukowcy mogą odkryć relacje ewolucyjne, zidentyfikować zachowane regiony i zrozumieć genetyczne podstawy różnorodności biologicznej.
- Genomika medyczna: Badania genomiczne w medycynie koncentrują się na zrozumieniu genetycznych podstaw chorób, przewidywaniu ryzyka ich wystąpienia oraz opracowywaniu spersonalizowanych metod leczenia i interwencji.
Badania genomiczne doprowadziły do znaczących postępów w dziedzinach takich jak medycyna, rolnictwo, biologia ewolucyjna i biotechnologia, przyczyniając się do zrozumienia życia na poziomie molekularnym oraz poprawy zdrowia i dobrostanu ludzi.
Literatura? Referencje
- 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 produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.