Genomske raziskave, ki jih omogoča ultrazvočno razbijanje
Genomske raziskave so revolucionirale naše razumevanje bioloških sistemov in omogočile razjasnitev kompleksnih genetskih mehanizmov, ki so podlaga za različne bolezni in lastnosti. Sonication, tehnika, ki je bila prvotno razvita za motnje celičnih membran, je našla veliko uporabnost v genomskih raziskavah. Ta članek ponuja pregled uporabe ultrazvočnega razbijanja v genomskih študijah, vključno z izolacijo in fragmentacijo DNA, kromatinsko imunoprecipitacijo (ChIP) in pripravo knjižnic za sekvenciranje naslednje generacije. Ta članek ponuja pregled načel, metodologij in aplikacij ultrazvočne razbijanje v genomskih raziskavah in vas seznani z najprimernejšimi sonikatorji za genomske raziskave.
Sonicatorji v genomskih raziskavah
Genomske raziskave so v zadnjih desetletjih doživele izjemen napredek, ki ga je spodbudil razvoj visokozmogljivih tehnologij zaporedja in inovativnih eksperimentalnih metodologij. Ti napredki so olajšali celovito analizo genomov, epigenomov in transkriptomov, ki ponujajo vpogled v genetsko osnovo bolezni, evolucijo in fenotipske variacije.
Sonication, mehanski proces, ki vključuje uporabo fizikalnih sil ultrazvoka za motnje molekularnih struktur, se je pojavil kot vsestransko orodje v genomskih raziskavah. Sonication je dobro uveljavljena tehnika, ki se uporablja za fragmentacijo DNK, striženje kromatina in pripravo knjižnice NGS.
Uporaba ultrazvočnega razbijanja v genomskih raziskavah
Sonication se uporablja za biološke vzorce za pripravo vzorcev pred testi, analizo ali pri pripravi na nadaljnje procese. Najpogostejše aplikacije za pripravo vzorcev z uporabo ultrazvočne obdelave vključujejo:
Sonication se uporablja za natančno fragmentacijo genomske DNK, kar omogoča ustvarjanje fragmentov DNK želenih velikosti za različne nadaljnje aplikacije, vključno s PCR, kloniranjem in južnim blottingom. Sonication ponuja prednosti pred encimskimi metodami, saj omogoča prilagodljiv nadzor nad velikostjo in porazdelitvijo fragmentov. Visoko zmogljiva priprava vzorcev s sonikatorjem UIP400MTP plošče racionalizira obdelavo velikega števila vzorcev.
Preberite več o ultrazvočnih Fragmentacija DNK in Fragmentacija plazmidov!
Preberite več o uporabi ultrazvočnega razbijanja za sekvenciranje naslednje generacije!
VialTweeter sonicator za hkratno pripravo vzorca več vial
Kako izberem najboljši zvočnik za svoje raziskave, povezane z DNK?
Izraz “ultrazvočno razbijanje” se uporablja za različne načine ultrazvočne uporabe. Najbolj razširjene metode so ultrazvočna kopel in sondni zvočnik. Spodaj boste odkrili, zakaj bo pravilna izbira sonicatorja izboljšala kakovost in veljavnost vaših raziskovalnih rezultatov.
Spoznajte razlike med različnimi ultrazvočnimi modeli, njihove prednosti in omejitve. Tukaj se bomo potopili v najbolj razširjene modele sonikatorjev za genomske raziskave.
Sonication v kopeli: Zakaj vam zvočni aparati za kopel dajejo nezanesljive, neponovljive rezultate? Genomski vzorci se postavijo v vodno kopel, opremljeno z več ultrazvočnimi pretvorniki, pritrjenimi na dno rezervoarja za vodo. Madeži akustične kavitacije se pojavljajo zelo neenakomerno skozi rezervoar in ne zagotavljajo dosledne ultrazvočne moči. Ta metoda obdeluje vzorce z različno intenzivnostjo in ne zagotavlja ponovljivih rezultatov pri pripravi vzorca, kot je fragmentacija DNK. Kot posledica tega neenakomernega zdravljenja nadzor nad velikostjo fragmentov DNK ni dan. S skupno ultrazvočno kopeljo je zanesljiva, ponovljiva raziskava neizvedljiva.
Ali želite izvedeti več o sondnem sonikatorju v primerjavi z ultrazvočno kopeljo? Kliknite tukaj!
V nasprotju z ultrazvočno kopeljo so Hielscher natančno nadzorovani sonikatorji, ki zagotavljajo močan ultrazvok. Intenzivnost ultrazvočnega razbijanja se lahko natančno prilagodi aplikaciji, tako da se izognemo neželeni degradaciji bioloških vzorcev. Zagotavlja optimalno ohranjanje nukleinskih kislin in drugih biomolekul med obdelavo vzorca. To je še posebej koristno za genomske raziskave, kjer je celovitost vzorca ključnega pomena za analizo nadaljnjega dela. Pametne funkcije, kot so programabilna nastavitev, daljinski upravljalnik brskalnika in samodejno beleženje podatkov, olajšajo raziskovalno delo v laboratorijih.
Hielscher Sonicator modeli za genomske raziskave
- Ultrazvočno razbijanje tipa sonde: Sonda za ultrazvočno razbijanje se neposredno vstavi v cevko za vzorec, kar omogoča lokalizirano ultrazvočno razbijanje in natančen nadzor nad parametri fragmentacije. Ta metoda je zaželena za majhno število vzorcev, kot so posamezne viale ali čaše.
Poiščite vse sonde za fragmentacijo DNK in pripravo vzorcev tukaj! - CupHorn in UIP400MTP: Hielscher sonicator modeli Ultrasonic Cuphorn in UIP400MTP Plate Sonicator se bistveno razlikujejo od običajne ultrazvočne kopeli ali čistilnega rezervoarja. Medtem ko se na prvi pogled zdi načelo posrednega prenosa ultrazvočnih valov skozi vodno kopel podobno – razlika med Hielscher ultrazvočnim cuphornom ali ploščnim sonikatorjem in skupno ultrazvočno kopeljo ne more biti večja! Pri Hielscherjevih sistemih se celotno dno sonikatorja enakomerno vznemirja z močnim ultrazvokom. To pomeni, da celotna površina vibrira s popolnoma enako amplitudo in frekvenco. Ni bilo najdenih mrtvih, nesonikiranih madežev, vsi vzorci so sonikirani z enako intenzivnostjo! To zagotavlja enotne, ponovljive rezultate pri pripravi ultrazvočnega vzorca.
Več informacij o ultrazvočnem cuphornu lahko najdete tukaj!
Več informacij o ploščnem sonikatorju lahko najdete UIP400MTP tukaj! - VialTweeter: VialTweeter uporablja edinstveno zasnovo vibrirajočega bloka za držanje viale sonotrode za prenos ultrazvočne energije neposredno v viale z vzorci brez potrebe po potopitvi v vodno kopel ali drug medij. Ta posredna, a zelo učinkovita metoda ultrazvočne obdelave je idealna za zdravljenje do 10 zaprtih vial in preprečuje navzkrižno kontaminacijo.
Preberite več o ultrazvočnem razbijanju do 10 zaprtih vial brez kontaminacije z VialTweeter!
Ultrazvočni CupHorn za intenzivno ultrazvočno razbijanje zaprtih epruvet in vial za sterilno fragmentacijo DNK.
Sonicatorji v avtomatiziranih sistemih – Enostavna integracija
Hielscher sonicatorji se lahko integrirajo v avtomatizirane sisteme. Z odprtim omrežnim vmesnikom in programskimi funkcijami so Hielscher sonicatorji primerni za avtomatizacijo. Integracija z avtomatizacijo in robotiko omogoča visoko zmogljivo obdelavo genomskih vzorcev, kar olajša obsežne študije in pobude za personalizirano medicino. Možnost integracije vašega zvočnega zvočnika v avtomatiziran sistem za pripravo vzorcev optimizira ravnanje z vzorci in bo zagotovila učinkovito, ponovljivo in varno obdelavo vzorcev v različnih aplikacijah in vrstah vzorcev.
- visoka učinkovitost
- Najsodobnejša tehnologija
- Zanesljivost & Robustnosti
- nastavljiv, natančen nadzor procesa
- Serije & Inline
- za poljubno količino
- Inteligentna programska oprema
- pametne funkcije (npr. programabilno, podatkovno protokoliranje, daljinski upravljalnik)
- enostaven in varen za uporabo
- nizko vzdrževanje
- CIP (čiščenje na mestu)
Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji
Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.
Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših laboratorijskih ultrazvočnih aparatov, ki so idealni za naloge priprave vzorcev, kot so fragmentacija DNA in RNA, liza celic ter izolacija DNA in beljakovin:
| Naprava | Moč [W] | Vrsta | Prostornina [ml] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | za mikroplošče | 6 – 3456 vodnjakov | VialTweeter | 200 | za do 10 vial in možnost vpenjanja | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | Tip sonde | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | Tip sonde | 0.01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | Tip sonde | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | Tip sonde | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | Tip sonde | 5.0 – 2000 |
| Cuphorn | 200 | CupHorn, sonoreaktor | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | pretočna celica brez kontaminacije |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Pogosto zastavljena vprašanja o genomiki in ultrazvočnem razbijanju
Tukaj najdete odgovore na najpogosteje zastavljena vprašanja, ko gre za ultrazvočne in genomske raziskave.
Kaj pomeni ultrazvočno razbijanje DNK?
Sonication razbije DNK na manjše fragmente z uporabo visokofrekvenčnih zvočnih valov, ki ustvarjajo mehanske sile, zaradi česar se verige DNK zlomijo na naključnih točkah. Prilagajanje intenzivnosti ultrazvočne obdelave omogoča ustvarjanje večjih ali manjših fragmentov DNK, odvisno od zahtev za nadaljnjo obdelavo in analizo.
Kakšen je ultrazvočni protokol za fragmentacijo DNK?
Tipičen ultrazvočni protokol za fragmentacijo DNK vključuje uporabo ultrazvočnih valov na vzorce DNK v puferski raztopini za vrsto kratkih izbruhov, ki jim sledijo intervali hlajenja, da se prepreči segrevanje vzorca. Parametri, kot so amplituda, trajanje in število cikla, so optimizirani glede na vrsto vzorca in želeno velikost fragmenta.
Kako ultrazvočno razbijanje deluje pri striženju DNK?
Ultrazvočno razbijanje za striženje DNK vključuje uporabo nadzorovanih mehanskih sil na molekule DNK z uporabo ultrazvočnih valov. Te sile motijo vodikove vezi in druge interakcije, ki držijo verige DNK skupaj, kar ima za posledico naključne prelome in fragmentacijo DNK na manjše koščke.
Kako dolgo morate sonikirati vzorce DNK?
Trajanje ultrazvočnega razbijanja vzorcev DNK je odvisno od dejavnikov, kot so volumen vzorca, koncentracija in želena velikost fragmenta. Običajno se ultrazvočna razbijanja izvaja za kratke izbruhe od nekaj sekund do nekaj minut, s hladilnimi intervali, da se prepreči pregrevanje vzorca.
Kateri je najboljši sonikator za izolacijo DNK?
Izbira najboljšega sonikatorja za izolacijo DNK je odvisna od dejavnikov, kot so prostornina vzorca, pretok in želena velikost fragmenta. Nekatere priljubljene možnosti vključujejo Hielscher UIP400MTP ploščni sonikator, VialTweeter, CupHorn in ultrazvočno sondo UP100H. Ti sonicatorji ponujajo natančen nadzor nad parametri ultrazvočne obdelave in so primerni za različne aplikacije za izolacijo DNK v raziskovalnih laboratorijih.
Kaj je genomika?
Genomika je multidisciplinarna veja biologije, ki se ukvarja z razumevanjem celotne sestave, funkcij, evolucije, kartiranja in spreminjanja genomov. Genom zajema vso DNK v organizmu, ki obsega tako njegove gene kot njihovo zapleteno tridimenzionalno organizacijo. Za razliko od genetike, ki se osredotoča na posamezne gene in njihove vzorce dedovanja, je cilj genomike celovito karakterizirati in kvantificirati vse gene v organizmu, pojasniti njihove interakcije in vpliv na organizem kot celoto. Geni igrajo ključno vlogo pri usmerjanju sinteze beljakovin, ki jih olajšujejo encimi in molekule sporočil. Ti proteini pa predstavljajo strukturne sestavine organov in tkiv, uravnavajo biokemične procese in olajšajo komunikacijo med celicami. Genomika zajema zaporedje in analizo celotnih genomov, pri čemer uporablja visoko zmogljive tehnike sekvenciranja DNK in bioinformatična orodja za dešifriranje strukture in funkcij genomov v celoti.
Genomika je preučevanje celotnega genskega materiala organizma, vključno z zaporedjem DNK, organizacijo, funkcijo in variacijami. Zajema analizo genov, njihovih interakcij in njihovega vpliva na lastnosti in vedenje. Genomske raziskave vključujejo različne tehnike in pristope k razumevanju strukture in funkcije genomov ter njihove vloge v zdravju, bolezni, evoluciji in drugih bioloških procesih.
Cilj genomskih raziskav je:
- Genomi zaporedja: To vključuje določanje vrstnega reda nukleotidov (A, T, C in G) v DNK organizma. To je lahko celoten genom ali specifična področja zanimanja.
- Analizirajte genetske variacije: Genomske raziskave raziskujejo razlike v zaporedjih DNK med posamezniki ali populacijami, kar lahko zagotovi vpogled v genetsko osnovo bolezni, lastnosti in evolucijskih procesov.
- Funkcionalna genomika: To področje raziskuje, kako geni delujejo in medsebojno delujejo med seboj in z okoljem. Vključuje transkriptomiko (preučevanje izražanja genov), proteomiko (preučevanje beljakovin) in metabolomiko (preučevanje metabolitov).
- Primerjalna genomika: S primerjavo genomov različnih vrst lahko raziskovalci odkrijejo evolucijske odnose, identificirajo ohranjene regije in razumejo genetsko osnovo biološke raznovrstnosti.
- Medicinska genomika: Genomske raziskave v medicini se osredotočajo na razumevanje genetske osnove bolezni, napovedovanje tveganja za bolezni in razvoj prilagojenih zdravljenj in posegov.
Genomske raziskave so privedle do pomembnega napredka na področjih, kot so medicina, kmetijstvo, evolucijska biologija in biotehnologija, kar prispeva k našemu razumevanju življenja na molekularni ravni in izboljšanju zdravja in dobrega počutja ljudi.
Literatura / Reference
- 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 proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.