Геномные исследования с помощью обработки ультразвуком
Геномные исследования кардинально изменили наше понимание биологических систем, позволив раскрыть сложные генетические механизмы, лежащие в основе различных заболеваний и признаков. Обработка ультразвуком – метод, первоначально разработанный для разрушения клеточных мембран, – нашла широкое применение в геномных исследованиях. В этой статье представлен обзор применения обработки ультразвуком в геномных исследованиях, включая выделение и фрагментацию ДНК, иммунопреципитацию хроматина (ChIP) и подготовку библиотек для секвенирования нового поколения. В этой статье представлен обзор принципов, методик и областей применения обработки ультразвуком в геномных исследованиях, а также наиболее подходящие для геномных исследований ультразвуковые гомогенизаторы.
Ультразвуковые гомогенизаторы в геномных исследованиях
За последние десятилетия в геномных исследованиях был достигнут значительный прогресс благодаря развитию технологий высокопроизводительного секвенирования и инновационных экспериментальных методик. Эти достижения сделали возможным всесторонний анализ геномов, эпигеномов и транскриптомов, позволяя глубже понять генетические основы заболеваний, эволюции и фенотипической изменчивости.
Обработка ультразвуком – механический процесс, в котором физические силы ультразвука используются для разрушения молекулярных структур, – стала универсальным инструментом геномных исследований. Обработка ультразвуком – хорошо зарекомендовавший себя метод, применяемый для фрагментации ДНК, фрагментации хроматина под действием сдвига и подготовки библиотек NGS.
Применение обработки ультразвуком в геномных исследованиях
Биологические образцы обрабатывают ультразвуком для пробоподготовки перед проведением тестов, анализом или последующими технологическими этапами. Наиболее распространённые области применения обработки ультразвуком для пробоподготовки включают:
Обработка ультразвуком используется для точной фрагментации геномной ДНК, позволяя получать фрагменты ДНК желаемых размеров для различных последующих применений, включая ПЦР, клонирование и Саузерн-блоттинг. Обработка ультразвуком имеет преимущества перед ферментативными методами, поскольку позволяет гибко управлять размером фрагментов и их распределением. Высокопроизводительная пробоподготовка с помощью ультразвукового гомогенизатора UIP400MTP для планшетов упрощает обработку большого количества образцов.
Узнайте больше об ультразвуковой фрагментации ДНК и фрагментации плазмид!
Узнайте больше о применении обработки ультразвуком для секвенирования нового поколения!
Ультразвуковой гомогенизатор VialTweeter для одновременной пробоподготовки в нескольких флаконах
Как выбрать лучший ультразвуковой гомогенизатор для моих исследований ДНК?
Термин «обработка ультразвуком» используется для различных способов применения ультразвука. Наиболее распространены ультразвуковая ванна и зондовый ультразвуковой гомогенизатор. Ниже вы узнаете, почему правильный выбор ультразвукового гомогенизатора повышает качество и достоверность результатов ваших исследований.
Узнайте о различиях между моделями ультразвуковых гомогенизаторов, их преимуществах и ограничениях. Здесь мы подробно рассмотрим наиболее широко используемые модели ультразвуковых гомогенизаторов для геномных исследований.
Обработка в ультразвуковой ванне: Почему ультразвуковые ванны дают ненадёжные, невоспроизводимые результаты? Образцы для геномных исследований помещают в водяную ванну с несколькими ультразвуковыми преобразователями, закреплёнными на дне резервуара. Области акустической кавитации возникают в резервуаре крайне неравномерно и не обеспечивают постоянную мощность ультразвука. При этом методе образцы обрабатываются с различной интенсивностью, что не обеспечивает воспроизводимых результатов пробоподготовки, например при фрагментации ДНК. Из-за такой неравномерной обработки невозможно контролировать размер фрагментов ДНК. При использовании обычной ультразвуковой ванны надёжные, повторяемые исследования неосуществимы.
Хотите узнать больше о сравнении зондового ультразвукового гомогенизатора и ультразвуковой ванны? Нажмите здесь!
В отличие от ультразвуковой ванны, ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher обеспечивают точно контролируемое воздействие мощного ультразвука. Интенсивность обработки ультразвуком можно точно настроить в соответствии с конкретным применением, чтобы избежать нежелательной деградации биологических образцов. Обеспечивает оптимальное сохранение нуклеиновых кислот и других биомолекул при обработке образцов. Это особенно полезно для геномных исследований, где целостность образцов имеет решающее значение для последующего анализа. Интеллектуальные функции, такие как программируемые настройки, дистанционное управление через браузер и автоматическая запись данных, облегчают исследовательскую работу в лабораториях.
Модели ультразвуковых гомогенизаторов Hielscher для геномных исследований
- Обработка зондовым ультразвуковым гомогенизатором: Ультразвуковой зонд вводится непосредственно в пробирку с образцом, обеспечивая локальную обработку ультразвуком и точный контроль параметров фрагментации. Этот метод предпочтителен при небольшом количестве образцов, например при работе с отдельными флаконами или лабораторными стаканами.
Все зондовые ультразвуковые гомогенизаторы для фрагментации ДНК и пробоподготовки представлены здесь! - CupHorn и UIP400MTP: Модели ультразвуковых гомогенизаторов Hielscher – ультразвуковой CupHorn и ультразвуковой гомогенизатор UIP400MTP для планшетов – значительно отличаются от обычной ультразвуковой ванны или резервуара для очистки. Хотя на первый взгляд принцип непрямой передачи ультразвуковых волн через водяную ванну кажется схожим, различие между ультразвуковым CupHorn или гомогенизатором для планшетов Hielscher и обычной ультразвуковой ванной максимально велико! В системах Hielscher всё дно CupHorn и ультразвукового гомогенизатора для планшетов равномерно приводится в колебание мощным ультразвуком. Это означает, что вся поверхность колеблется с совершенно одинаковой амплитудой и частотой. Мёртвых зон, не подвергающихся обработке ультразвуком, нет – все образцы обрабатываются ультразвуком с одинаковой интенсивностью! Это обеспечивает однородные, воспроизводимые результаты при ультразвуковой пробоподготовке.
Дополнительную информацию об ультразвуковом CupHorn можно найти здесь!
Дополнительную информацию об ультразвуковом гомогенизаторе UIP400MTP для планшетов можно найти здесь! - VialTweeter: В VialTweeter используется уникальная конструкция вибрирующего блочного сонотрода с держателями флаконов, позволяющая передавать ультразвуковую энергию непосредственно во флаконы с образцами без необходимости погружения в водяную ванну или другую среду. Этот непрямой, но высокоэффективный метод обработки ультразвуком идеально подходит для обработки до 10 закрытых флаконов и позволяет избежать перекрёстного загрязнения.
Узнайте больше об обработке ультразвуком до 10 закрытых флаконов без загрязнения с помощью VialTweeter!
Ультразвуковой CupHorn для интенсивной обработки ультразвуком закрытых пробирок и флаконов для стерильной фрагментации ДНК.
Ультразвуковые гомогенизаторы в автоматизированных системах – простая интеграция
Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher можно интегрировать в автоматизированные системы. Благодаря открытому сетевому интерфейсу и функциям программирования ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher подходят для автоматизации. Интеграция с системами автоматизации и робототехникой позволяет проводить высокопроизводительную обработку образцов для геномных исследований, облегчая масштабные исследования и реализацию инициатив в области персонализированной медицины. Возможность интеграции вашего ультразвукового гомогенизатора в автоматизированную систему пробоподготовки оптимизирует работу с образцами и обеспечит эффективную, воспроизводимую и безопасную обработку образцов для различных применений и типов образцов.
- высокая эффективность
- самые современные технологии
- надёжность и прочность
- регулируемое, точное управление процессом
- периодическая обработка и обработка в потоке
- для любого объёма
- интеллектуальное программное обеспечение
- интеллектуальные функции (например, программирование, протоколирование данных, дистанционное управление)
- простота и безопасность эксплуатации
- минимальное техническое обслуживание
- CIP (безразборная очистка)
Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии
Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher известны высочайшими стандартами качества и проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют без затруднений интегрировать наши ультразвуковые гомогенизаторы в промышленные установки. Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными производственными средами.
Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым гомогенизаторам, сочетающим самые современные технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher соответствуют требованиям CE, а также требованиям UL, CSA и RoHs.
В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность наших лабораторных ультразвуковых гомогенизаторов, которые идеально подходят для таких задач пробоподготовки, как фрагментация ДНК и РНК, лизис клеток, а также выделение ДНК и белков:
| Устройство | Мощность [W] | Тип | Объём [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | для микропланшетов | 6 – 3456 лунок | VialTweeter | 200 | для до 10 флаконов с дополнительной возможностью крепления зажимом | 0,5 — 1,5 |
| UP50H | 50 | зондовый | 0,01 — 250 |
| UP100H | 100 | зондовый | 0,01 — 500 |
| UP200Ht | 200 | зондовый | 0,1 — 1000 |
| UP200St | 200 | зондовый | 0,1 — 1000 |
| UP400St | 400 | зондовый | 5,0 — 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, ультразвуковой реактор | 10 — 200 |
| GDmini2 | 200 | проточная ячейка, исключающая загрязнение |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Часто задаваемые вопросы о геномике и обработке ультразвуком
Здесь вы найдёте ответы на наиболее часто задаваемые вопросы об обработке ультразвуком и геномных исследованиях.
Как обработка ультразвуком воздействует на ДНК?
Обработка ультразвуком разбивает ДНК на более мелкие фрагменты за счёт воздействия высокочастотных звуковых волн, создающих механические силы, которые вызывают разрывы цепей ДНК в случайных точках. Регулирование интенсивности обработки ультразвуком позволяет получать более крупные или более мелкие фрагменты ДНК в зависимости от требований к последующей обработке и анализу.
Каков протокол обработки ультразвуком для фрагментации ДНК?
Типичный протокол обработки ультразвуком для фрагментации ДНК предусматривает воздействие ультразвуковых волн на образцы ДНК в буферном растворе серией коротких импульсов с последующими интервалами охлаждения для предотвращения нагрева образцов. Такие параметры, как амплитуда, длительность и число циклов, оптимизируются с учётом типа образца и желаемого размера фрагментов.
Как обработка ультразвуком обеспечивает фрагментацию ДНК под действием сдвига?
Обработка ультразвуком для фрагментации ДНК под действием сдвига предполагает воздействие контролируемых механических сил на молекулы ДНК с помощью ультразвуковых волн. Эти силы разрушают водородные связи и другие взаимодействия, удерживающие цепи ДНК вместе, что приводит к случайным разрывам и фрагментации ДНК на более мелкие части.
Как долго следует обрабатывать образцы ДНК ультразвуком?
Длительность обработки образцов ДНК ультразвуком зависит от таких факторов, как объём образца, концентрация и желаемый размер фрагментов. Обычно обработка ультразвуком проводится короткими импульсами длительностью от нескольких секунд до нескольких минут с интервалами охлаждения для предотвращения перегрева образцов.
Какой ультразвуковой гомогенизатор лучше всего подходит для выделения ДНК?
Выбор лучшего ультразвукового гомогенизатора для выделения ДНК зависит от таких факторов, как объём образца, производительность обработки образцов и желаемый размер фрагментов. Среди популярных вариантов – ультразвуковой гомогенизатор Hielscher UIP400MTP для планшетов, VialTweeter, CupHorn и ультразвуковой зонд UP100H. Эти ультразвуковые гомогенизаторы обеспечивают точный контроль параметров обработки ультразвуком и подходят для различных задач выделения ДНК в исследовательских лабораториях.
Что такое геномика?
Геномика – междисциплинарная область биологии, изучающая полный состав, функции, эволюцию, картирование и модификацию геномов. Геном охватывает всю ДНК организма, включая как его гены, так и их сложную трёхмерную организацию. В отличие от генетики, которая сосредоточена на отдельных генах и закономерностях их наследования, геномика стремится всесторонне характеризовать и количественно оценивать все гены организма, раскрывая их взаимодействия и влияние на организм в целом. Гены играют ключевую роль в управлении синтезом белков, которому способствуют ферменты и сигнальные молекулы. Эти белки, в свою очередь, образуют структурные компоненты органов и тканей, регулируют биохимические процессы и обеспечивают межклеточную коммуникацию. Геномика включает секвенирование и анализ целых геномов с использованием методов высокопроизводительного секвенирования ДНК и инструментов биоинформатики для расшифровки структуры и функций геномов во всей их полноте.
Геномика – это изучение всего генетического материала организма, включая последовательность его ДНК, организацию, функции и изменчивость. Она включает анализ генов, их взаимодействий и влияния на признаки и поведение. Геномные исследования используют различные методы и подходы для изучения структуры и функций геномов, а также их роли в здоровье, заболеваниях, эволюции и других биологических процессах.
Геномные исследования направлены на:
- Секвенирование геномов: Это предполагает определение порядка нуклеотидов (A, T, C и G) в ДНК организма. Исследоваться может весь геном или определённые интересующие участки.
- Анализ генетической изменчивости: Геномные исследования изучают различия в последовательностях ДНК между особями или популяциями, что может дать представление о генетических основах заболеваний, признаков и эволюционных процессов.
- Функциональная геномика: Эта область исследует, как гены функционируют и взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Она включает транскриптомику (изучение экспрессии генов), протеомику (изучение белков) и метаболомику (изучение метаболитов).
- Сравнительная геномика: Сравнивая геномы разных видов, исследователи могут выявлять эволюционные связи, определять консервативные участки и понимать генетические основы биологического разнообразия.
- Медицинская геномика: Геномные исследования в медицине сосредоточены на понимании генетических основ заболеваний, прогнозировании риска заболеваний и разработке персонализированных методов лечения и вмешательств.
Геномные исследования привели к значительным достижениям в таких областях, как медицина, сельское хозяйство, эволюционная биология и биотехнология, способствуя нашему пониманию жизни на молекулярном уровне и улучшению здоровья и благополучия людей.
Литература / Ссылки
- 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 производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторных до промышленных размеров.