Genómový výskum uľahčený sonikáciou
Genómový výskum spôsobil revolúciu v našom chápaní biologických systémov a umožnil objasniť zložité genetické mechanizmy, ktoré sú základom rôznych chorôb a vlastností. Sonikácia, technika pôvodne vyvinutá na narušenie bunkových membrán, našla rozsiahlu užitočnosť v genómovom výskume. Tento článok poskytuje prehľad o aplikácii sonikácie v genómových štúdiách, vrátane izolácie a fragmentácie DNA, imunoprecipitácie chromatínu (ChIP) a prípravy sekvenačných knižníc novej generácie. Tento článok poskytuje prehľad princípov, metodológií a aplikácií sonikácie v genomickom výskume a predstavuje vám najvhodnejšie sonikátory pre genómový výskum.
Sonikátory v genómovom výskume
Genómový výskum prešiel v posledných desaťročiach pozoruhodným pokrokom, ktorý bol poháňaný vývojom vysokovýkonných sekvenačných technológií a inovatívnych experimentálnych metodík. Tieto pokroky uľahčili komplexnú analýzu genómov, epigenómov a transkriptomov a ponúkli pohľad na genetický základ chorôb, evolúciu a fenotypové variácie.
Sonikácia, mechanický proces zahŕňajúci aplikáciu fyzikálnych síl ultrazvuku na narušenie molekulárnych štruktúr, sa ukázal ako všestranný nástroj v genómovom výskume. Sonikácia je osvedčená technika používaná na fragmentáciu DNA, strihanie chromatínu a prípravu knižnice NGS.
Aplikácie sonikácie v genómovom výskume
Sonikácia sa aplikuje na biologické vzorky na prípravu vzoriek pred testami, analýzou alebo pri príprave na ďalšie následné procesy. Medzi najbežnejšie aplikácie na prípravu vzoriek pomocou sonikácie patria:
Sonikácia sa využíva na presnú fragmentáciu genómovej DNA, čo umožňuje generovanie fragmentov DNA požadovaných veľkostí pre rôzne následné aplikácie, vrátane PCR, klonovania a južného blottingu. Sonikácia ponúka výhody oproti enzymatickým metódam, pretože umožňuje flexibilnú kontrolu nad veľkosťou a distribúciou fragmentov. Vysokovýkonná príprava vzoriek pomocou UIP400MTP doštičkového sonikátora zefektívňuje spracovanie veľkého počtu vzoriek.
Prečítajte si viac o ultrazvuku Fragmentácia DNA a Fragmentácia plazmidov!
Prečítajte si viac o použití sonikácie na sekvenovanie novej generácie!
Ultrazvuk VialTweeter na súčasnú prípravu vzorky viacerých injekčných liekoviek
Ako si vyberiem najlepší sonikátor pre svoj výskum súvisiaci s DNA?
Termín “Ultrazvukom” sa používa na rôzne spôsoby ultrazvukovej aplikácie. Najrozšírenejšími metódami sú ultrazvukový kúpeľ a sondový sonikátor. Nižšie zistíte, prečo správny výber sonikátora zlepší kvalitu a platnosť výsledkov vášho výskumu.
Získajte informácie o rozdieloch medzi rôznymi modelmi ultrazvuku, ich výhodách a obmedzeniach. Tu sa ponoríme do najpoužívanejších modelov sonikátorov pre genómový výskum.
Sonikácia kúpeľa: Prečo vám kúpeľové sonikátory poskytujú nespoľahlivé, nereprodukovateľné výsledky? Genómové vzorky sa umiestnia do vodného kúpeľa vybaveného niekoľkými ultrazvukovými prevodníkmi pripevnenými na dne vodnej nádrže. Miesta akustickej kavitácie sa vyskytujú veľmi nerovnomerne v nádrži a neposkytujú konzistentný ultrazvukový výkon. Táto metóda spracováva vzorky s rôznou intenzitou a neposkytuje reprodukovateľné výsledky pri príprave vzoriek, ako je fragmentácia DNA. V dôsledku tohto nerovnomerného zaobchádzania nie je daná kontrola nad veľkosťou fragmentu DNA. Pri bežnom ultrazvukovom kúpeli je spoľahlivý a opakovateľný výskum neuskutočniteľný.
Chcete sa dozvedieť viac o sondovom ultrazvuku vs ultrazvukovom kúpeli? Kliknite tu!
Na rozdiel od ultrazvukového kúpeľa sú Hielscher presne ovládateľné ultrazvukové prístroje, ktoré poskytujú výkonný ultrazvuk. Intenzitu sonikácie je možné presne naladiť na aplikáciu, aby sa zabránilo nežiaducej degradácii biologických vzoriek. Zaisťuje optimálne uchovanie nukleových kyselín a iných biomolekúl počas spracovania vzoriek. To je obzvlášť výhodné pre genómový výskum, kde je integrita vzorky rozhodujúca pre následnú analýzu. Inteligentné funkcie, ako je programovateľné nastavenie, diaľkové ovládanie prehliadača a automatické zaznamenávanie údajov, uľahčujú výskumnú prácu v laboratóriách.
Hielscherove soničné modely pre genómový výskum
- Sonikácia typu sondy: Ultrazvuková sonda je vložená priamo do skúmavky na vzorku, čo umožňuje lokalizovanú sonikaciu a presnú kontrolu parametrov fragmentácie. Táto metóda sa uprednostňuje pre malé počty vzoriek, ako sú jednotlivé injekčné liekovky alebo kadičky.
Nájdite všetky sondy na fragmentáciu DNA a prípravu vzoriek tu! - CupHorn a UIP400MTP: Modely ultrazvukového ultrazvuku Hielscher Cuphorn a UIP400MTP Plate Sonicator sa výrazne líšia od bežného ultrazvukového kúpeľa alebo čistiacej nádrže. Zatiaľ čo na prvý pohľad sa princíp nepriameho prenosu ultrazvukových vĺn cez vodný kúpeľ zdá podobný – rozdiel medzi Hielscherovým ultrazvukovým cuphornom alebo doskovým sonikátorom a bežným ultrazvukovým kúpeľom nemôže byť väčší! V systémoch Hielscher je celé dno sonikátora Cuphorn a dosky rovnomerne premiešané výkonným ultrazvukom. To znamená, že celý povrch vibruje s presne rovnakou amplitúdou a frekvenciou. Nenašli sa žiadne mŕtve, nesonikované škvrny, všetky vzorky sú sonikované v rovnakej intenzite! To zaisťuje jednotné a reprodukovateľné výsledky pri príprave ultrazvukovej vzorky.
Viac informácií o ultrazvukovom cuphorni nájdete tu!
Viac informácií o doskovom sonikátore nájdete UIP400MTP tu! - VialTweeter: VialTweeter využíva jedinečný dizajn vibračného bloku na držanie liekoviek na prenos ultrazvukovej energie priamo do ampuliek so vzorkami bez potreby ponorenia do vodného kúpeľa alebo iného média. Táto nepriama, ale vysoko účinná metóda sonikácie je ideálna na ošetrenie až 10 uzavretých liekoviek a zabraňuje krížovej kontaminácii.
Prečítajte si viac o sonikácii až 10 uzavretých liekoviek bez kontaminácie pomocou VialTweeter!
Ultrazvukový CupHorn na intenzívnu sonikaciu uzavretých skúmaviek a liekoviek na sterilnú fragmentáciu DNA.
Sonikátory v automatizovaných systémoch – Jednoduchá integrácia
Ultrazvukové prístroje Hielscher je možné integrovať do automatizovaných systémov. Vďaka otvorenému sieťovému rozhraniu a programovacím funkciám sú sonikátory Hielscher vhodné na automatizáciu. Integrácia s automatizáciou a robotikou umožňuje vysokovýkonné spracovanie genómových vzoriek, čo uľahčuje rozsiahle štúdie a iniciatívy personalizovanej medicíny. Možnosť integrácie sonikátora do automatizovaného systému prípravy vzoriek optimalizuje manipuláciu so vzorkami a zabezpečí efektívne, reprodukovateľné a bezpečné spracovanie vzoriek v rôznych aplikáciách a typoch vzoriek.
- vysoká účinnosť
- Najmodernejšia technológia
- spoľahlivosť & odolnosť
- nastaviteľné, presné riadenie procesu
- dávka & Inline
- pre akýkoľvek objem
- inteligentný softvér
- inteligentné funkcie (napr. programovateľné, dátové protokolovanie, diaľkové ovládanie)
- jednoduchá a bezpečná obsluha
- nízka údržba
- CIP (čistenie na mieste)
Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.
Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
Nižšie uvedená tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich laboratórnych ultrazvukov, ktoré sú ideálne na prípravu vzoriek, ako je fragmentácia DNA a RNA, lýza buniek, ako aj izolácia DNA a proteínov:
| Zariadenie | Výkon [W] | Typ | Objem [ml] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | na mikroplatničky | 6 – 3456 studní | VialTweeter | 200 | až pre 10 injekčných liekoviek plus možnosť upnutia | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | Typ sondy | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | Typ sondy | 0.01 – 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 | prietoková bunka bez kontaminácie |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Často kladené otázky o genomike a sonikácii
Tu nájdete odpovede na najčastejšie kladené otázky, pokiaľ ide o ultrazvuk a genómový výskum.
Čo znamená sonikácia na DNA?
Sonikácia rozdeľuje DNA na menšie fragmenty aplikáciou vysokofrekvenčných zvukových vĺn, ktoré vytvárajú mechanické sily, ktoré spôsobujú, že sa vlákna DNA lámu v náhodných bodoch. Úprava intenzity sonikácie umožňuje vytvárať väčšie alebo menšie fragmenty DNA v závislosti od požiadaviek na následné spracovanie a analýzu.
Aký je sonikačný protokol pre fragmentáciu DNA?
Typický ultrazvukový protokol pre fragmentáciu DNA zahŕňa aplikáciu ultrazvukových vĺn na vzorky DNA v tlmivom roztoku na sériu krátkych zábleskov, po ktorých nasledujú intervaly chladenia, aby sa zabránilo zahrievaniu vzorky. Parametre ako amplitúda, trvanie a číslo cyklu sú optimalizované na základe typu vzorky a požadovanej veľkosti fragmentu.
Ako funguje sonikácia pri strihaní DNA?
Sonikácia na strihanie DNA zahŕňa aplikáciu riadených mechanických síl na molekuly DNA pomocou ultrazvukových vĺn. Tieto sily narúšajú vodíkové väzby a ďalšie interakcie, ktoré držia vlákna DNA pohromade, čo vedie k náhodným prerušeniam a fragmentácii DNA na menšie kúsky.
Ako dlho by ste mali sonikovať vzorky DNA?
Trvanie sonikácie vzoriek DNA závisí od faktorov, ako je objem vzorky, koncentrácia a požadovaná veľkosť fragmentu. Ultrazvuk sa zvyčajne vykonáva pre krátke dávky v rozmedzí od niekoľkých sekúnd do niekoľkých minút s intervalmi chladenia, aby sa zabránilo prehriatiu vzorky.
Aký je najlepší sonikátor na izoláciu DNA?
Výber najlepšieho sonikátora na izoláciu DNA závisí od faktorov, ako je objem vzorky, priepustnosť a požadovaná veľkosť fragmentu. Niektoré populárne možnosti zahŕňajú Hielscher UIP400MTP doskový sonikátor, VialTweeter, CupHorn a ultrazvukovú sondu UP100H. Tieto sonikátory ponúkajú presnú kontrolu nad parametrami sonikácie a sú vhodné pre rôzne aplikácie izolácie DNA vo výskumných laboratóriách.
Čo je genomika?
Genomika je multidisciplinárne odvetvie biológie, ktoré sa zaoberá pochopením kompletného zloženia, funkcií, evolúcie, mapovania a modifikácie genómov. Genóm zahŕňa všetku DNA v organizme, ktorá zahŕňa jeho gény aj ich zložitú trojrozmernú organizáciu. Na rozdiel od genetiky, ktorá sa zameriava na jednotlivé gény a ich vzorce dedičnosti, sa genomika zameriava na komplexnú charakterizáciu a kvantifikáciu všetkých génov v organizme, objasnenie ich interakcií a vplyvu na organizmus ako celok. Gény zohrávajú kľúčovú úlohu pri riadení syntézy proteínov, ktorú uľahčujú enzýmy a molekuly messengera. Tieto proteíny zase tvoria štrukturálne zložky orgánov a tkanív, regulujú biochemické procesy a uľahčujú komunikáciu medzi bunkami. Genomika zahŕňa sekvenovanie a analýzu celých genómov, pričom využíva vysokovýkonné techniky sekvenovania DNA a bioinformatické nástroje na dešifrovanie štruktúry a funkcií genómov ako celku.
Genomika je štúdium celého genetického materiálu organizmu vrátane jeho sekvencie DNA, organizácie, funkcie a variácií. Zahŕňa analýzu génov, ich interakcií a ich vplyvu na vlastnosti a správanie. Genómový výskum zahŕňa rôzne techniky a prístupy k pochopeniu štruktúry a funkcie genómov, ako aj ich úlohy v zdraví, chorobách, evolúcii a iných biologických procesoch.
Cieľom genómového výskumu je:
- Sekvenčné genómy: To zahŕňa určenie poradia nukleotidov (A, T, C a G) v DNA organizmu. Môže to byť celý genóm alebo špecifické oblasti záujmu.
- Analyzujte genetické variácie: Genómový výskum skúma rozdiely v sekvenciách DNA medzi jednotlivcami alebo populáciami, čo môže poskytnúť pohľad na genetický základ chorôb, vlastností a evolučných procesov.
- Funkčná genomika: Táto oblasť skúma, ako gény fungujú a interagujú medzi sebou a so životným prostredím. Zahŕňa transkriptomiku (štúdium génovej expresie), proteomiku (štúdium proteínov) a metabolomiku (štúdium metabolitov).
- Porovnávacia genomika: Porovnaním genómov rôznych druhov môžu vedci odhaliť evolučné vzťahy, identifikovať konzervované oblasti a pochopiť genetický základ biologickej diverzity.
- Lekárska genomika: Genómový výskum v medicíne sa zameriava na pochopenie genetického základu chorôb, predpovedanie rizika ochorenia a vývoj personalizovaných liečebných postupov a intervencií.
Genómový výskum viedol k významnému pokroku v oblastiach, ako je medicína, poľnohospodárstvo, evolučná biológia a biotechnológia, čo prispelo k nášmu pochopeniu života na molekulárnej úrovni a zlepšilo ľudské zdravie a pohodu.
Literatúra / Referencie
- 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.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.