Genomforskning underlättas av ultraljudsbehandling
Genomforskningen har revolutionerat vår förståelse av biologiska system och gjort det möjligt att klarlägga komplexa genetiska mekanismer som ligger bakom olika sjukdomar och egenskaper. Ultraljudsbehandling, en teknik som ursprungligen utvecklades för att bryta sönder cellmembran, har fått omfattande användning inom genomforskning. Den här artikeln ger en översikt över användningen av ultraljudsbehandling i genomstudier, inklusive DNA-isolering och DNA-fragmentering, kromatinimmunoprecipitering (ChIP) och beredning av bibliotek för nästa generations sekvensering. Artikeln ger en översikt över principerna, metoderna och tillämpningarna för ultraljudsbehandling inom genomforskning och presenterar de mest lämpliga sonikatorerna för genomforskning.
Sonikatorer inom genomforskning
Genomforskningen har gjort anmärkningsvärda framsteg under de senaste årtiondena, drivna av utvecklingen av sekvenseringstekniker med hög genomströmning och innovativa experimentella metoder. Dessa framsteg har underlättat omfattande analyser av genom, epigenom och transkriptom och gett insikter i den genetiska grunden för sjukdomar, evolution och fenotypisk variation.
Ultraljudsbehandling, en mekanisk process där ultraljudets fysikaliska krafter används för att bryta sönder molekylära strukturer, har utvecklats till ett mångsidigt verktyg inom genomforskning. Ultraljudsbehandling är en väletablerad teknik som används för DNA-fragmentering, skjuvning av kromatin och beredning av NGS-bibliotek.
Tillämpningar av ultraljudsbehandling inom genomforskning
Ultraljudsbehandling används på biologiska prover för provberedning inför tester, analyser eller ytterligare efterföljande processer. De vanligaste tillämpningarna för provberedning med ultraljudsbehandling omfattar:
Ultraljudsbehandling används för exakt fragmentering av genomiskt DNA och gör det möjligt att framställa DNA-fragment av önskade storlekar för olika efterföljande tillämpningar, inklusive PCR, kloning och Southern blotting. Ultraljudsbehandling erbjuder fördelar jämfört med enzymatiska metoder eftersom den möjliggör flexibel kontroll över fragmentstorlek och storleksfördelning. Provberedning med hög provgenomströmning med plattsonikatorn UIP400MTP effektiviserar bearbetningen av stora antal prover.
Läs mer om ultraljudsbaserad DNA-fragmentering och plasmidfragmentering!
Läs mer om användningen av ultraljudsbehandling för nästa generations sekvensering!
Sonikatorn VialTweeter för samtidig provberedning i flera provflaskor
Hur väljer jag den bästa sonikatorn för min DNA-relaterade forskning?
Termen ”ultraljudsbehandling” används för olika sätt att tillämpa ultraljud. De vanligaste metoderna är ultraljudsbadet och sondsonikatorn. Nedan får du veta varför rätt val av sonikator förbättrar kvaliteten och validiteten hos dina forskningsresultat.
Lär dig mer om skillnaderna mellan olika modeller av sonikatorer, deras fördelar och begränsningar. Här går vi närmare in på de sonikatormodeller som används mest inom genomforskning.
Ultraljudsbehandling i bad: Varför ger ultraljudsbad otillförlitliga resultat som inte kan reproduceras? Genomiska prover placeras i ett vattenbad med flera ultraljudsgivare monterade på vattentankens botten. Områden med akustisk kavitation uppstår mycket ojämnt i tanken och ger ingen jämn ultraljudseffekt. Denna metod behandlar proverna med varierande intensitet och ger inte reproducerbara resultat vid provberedning såsom DNA-fragmentering. Till följd av denna ojämna behandling saknas kontroll över DNA-fragmentens storlek. Med ett vanligt ultraljudsbad är tillförlitlig, upprepningsbar forskning inte möjlig.
Vill du veta mer om ultraljudsapparater av sondtyp jämfört med ultraljudsbad? Klicka här!
Till skillnad från ett ultraljudsbad är Hielschers ultraljudsapparater exakt styrbara och levererar kraftfullt ultraljud. Ultraljudsbehandlingens intensitet kan anpassas exakt till tillämpningen så att oönskad nedbrytning av biologiska prover undviks. Detta säkerställer optimalt bevarande av nukleinsyror och andra biomolekyler under provbearbetningen. Detta är särskilt fördelaktigt för genomforskning, där provernas integritet är avgörande för efterföljande analys. Smarta funktioner såsom programmerbara inställningar, fjärrstyrning via webbläsare och automatisk dataregistrering underlättar forskningsarbetet i laboratorier.
Hielschers ultraljudsmodeller för genomforskning
- Ultraljudsbehandling med sond: En ultraljudssond förs in direkt i provröret, vilket möjliggör lokal ultraljudsbehandling och exakt kontroll över fragmenteringsparametrarna. Denna metod föredras för ett litet antal prover, såsom enstaka provflaskor eller bägare.
Här hittar du alla ultraljudsapparater av sondtyp för DNA-fragmentering och provberedning! - CupHorn och UIP400MTP: Hielschers ultraljudsmodeller Ultrasonic Cuphorn och UIP400MTP Plate Sonicator skiljer sig avsevärt från ett vanligt ultraljudsbad eller rengöringsbad. Även om principen med indirekt överföring av ultraljudsvågor genom ett vattenbad vid första anblicken verkar likartad – skulle skillnaden mellan Hielschers ultraljudscuphorn eller ultraljudsapparat för plattor och ett vanligt ultraljudsbad inte kunna vara större! I Hielschers system sätts hela botten i cuphornet och ultraljudsapparaten för plattor i jämn rörelse av kraftfullt ultraljud. Det innebär att hela ytan vibrerar med exakt samma amplitud och frekvens. Det finns inga döda områden utan ultraljudsbehandling, och alla prover behandlas med ultraljud med samma intensitet! Detta säkerställer enhetliga, reproducerbara resultat vid din provberedning med ultraljud.
Här hittar du mer information om ultraljudscuphornet!
Här hittar du mer information om ultraljudsapparaten för plattor UIP400MTP! - VialTweeter: VialTweeter använder en unik konstruktion med en vibrerande blocksonotrod som håller provflaskorna för att överföra ultraljudsenergi direkt till provflaskorna utan att de behöver sänkas ned i ett vattenbad eller annat medium. Denna indirekta men mycket effektiva ultraljudsmetod är idealisk för behandling av upp till 10 förslutna provflaskor och undviker korskontaminering.
Läs mer om kontamineringsfri ultraljudsbehandling av upp till 10 förslutna provflaskor med VialTweeter!
Ultraljudscuphorn för intensiv ultraljudsbehandling av förslutna rör och provflaskor för steril DNA-fragmentering.
Ultraljudsapparater i automatiserade system – enkel integration
Hielschers ultraljudsapparater kan integreras i automatiserade system. Med ett öppet nätverksgränssnitt och programmeringsfunktioner är Hielschers ultraljudsapparater lämpliga för automatisering. Integrationen med automation och robotik möjliggör bearbetning av genomiska prover med hög provgenomströmning, vilket underlättar storskaliga studier och initiativ inom individanpassad medicin. Möjligheten att integrera din ultraljudsapparat i ett automatiserat provberedningssystem optimerar provhanteringen och säkerställer effektiv, reproducerbar och säker provbearbetning för en mängd olika tillämpningar och provtyper.
- hög effektivitet
- toppmodern teknik
- tillförlitlighet & robusthet
- justerbar, exakt processtyrning
- satsvis & inline
- för alla volymer
- intelligent programvara
- smarta funktioner (t.ex. programmerbarhet, dataloggning, fjärrstyrning)
- enkel och säker att använda
- lågt underhållsbehov
- CIP (rengöring på plats)
Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland
Hielschers ultraljudsapparater är välkända för sin högsta kvalitet och sina högsta konstruktionsstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integrering av våra ultraljudsapparater i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsapparater klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.
Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och hög användarvänlighet. Självklart uppfyller Hielschers ultraljudsapparater CE-kraven samt kraven enligt UL, CSA och RoHs.
Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater för laboratorier, som är idealiska för provberedningsuppgifter som DNA- och RNA-fragmentering, cellys samt DNA- och proteinisolering:
| Apparat | Effekt [W] | Typ | Volym [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | för mikroplattor | 6 – 3456 brunnar |
| VialTweeter | 200 | för upp till 10 vialer samt möjlighet till fastklämning | 0,5 – 1,5 |
| UP50H | 50 | av sondtyp | 0,01 – 250 |
| UP100H | 100 | av sondtyp | 0,01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | av sondtyp | 0,1 – 1000 |
| UP200St | 200 | av sondtyp | 0,1 – 1000 |
| UP400St | 400 | av sondtyp | 5,0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, ultraljudsreaktor | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | kontamineringsfri flödescell |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Vanliga frågor om genomik och ultraljudsbehandling
Här hittar du svaren på de vanligaste frågorna om ultraljudsbehandling och genomikforskning.
Vad gör ultraljudsbehandling med DNA?
Ultraljudsbehandling bryter sönder DNA i mindre fragment genom att tillföra högfrekventa ljudvågor som skapar mekaniska krafter, vilket får DNA-strängarna att brytas på slumpmässiga ställen. Genom att justera ultraljudsbehandlingens intensitet går det att skapa större eller mindre DNA-fragment beroende på kraven för efterföljande bearbetning och analys.
Vilket protokoll används för ultraljudsbehandling vid DNA-fragmentering?
Ett typiskt protokoll för ultraljudsbehandling vid DNA-fragmentering innebär att DNA-prover i en buffertlösning utsätts för ultraljudsvågor i en serie korta pulser, följda av kylningsintervall för att förhindra uppvärmning av proverna. Parametrar som amplitud, varaktighet och antal cykler optimeras utifrån provtyp och önskad fragmentstorlek.
Hur fungerar ultraljudsbehandling för skjuvning av DNA?
Ultraljudsbehandling för skjuvning av DNA innebär att DNA-molekyler utsätts för kontrollerade mekaniska krafter med hjälp av ultraljudsvågor. Dessa krafter bryter vätebindningarna och andra interaktioner som håller samman DNA-strängarna, vilket leder till slumpmässiga brott och fragmentering av DNA i mindre bitar.
Hur länge bör DNA-prover ultraljudsbehandlas?
Ultraljudsbehandlingens varaktighet för DNA-prover beror på faktorer som provvolym, koncentration och önskad fragmentstorlek. Vanligtvis utförs ultraljudsbehandling i korta pulser som varar från några sekunder till flera minuter, med kylningsintervall för att förhindra att proverna överhettas.
Vilken är den bästa ultraljudsapparaten för DNA-isolering?
Valet av den bästa ultraljudsapparaten för DNA-isolering beror på faktorer som provvolym, provgenomströmning och önskad fragmentstorlek. Några populära alternativ är Hielschers ultraljudsapparat för plattor UIP400MTP, VialTweeter, CupHorn och ultraljudssonden UP100H. Dessa ultraljudsapparater ger exakt kontroll över ultraljudsbehandlingens parametrar och är lämpliga för olika tillämpningar inom DNA-isolering i forskningslaboratorier.
Vad är genomik?
Genomik är en tvärvetenskaplig gren av biologin som syftar till att förstå genomens fullständiga sammansättning, funktioner, evolution, kartläggning och modifiering. Ett genom omfattar allt DNA i en organism, inklusive både dess gener och deras komplexa tredimensionella organisation. Till skillnad från genetik, som fokuserar på enskilda gener och deras nedärvningsmönster, syftar genomik till att heltäckande karakterisera och kvantifiera alla gener i en organism samt klarlägga deras samspel och påverkan på organismen som helhet. Gener spelar en avgörande roll i att styra syntesen av proteiner, som underlättas av enzymer och signalmolekyler. Dessa proteiner utgör i sin tur de strukturella beståndsdelarna i organ och vävnader, reglerar biokemiska processer och underlättar kommunikationen mellan celler. Genomik omfattar sekvensering och analys av hela genom och använder DNA-sekvenseringstekniker med hög genomströmning och bioinformatiska verktyg för att klarlägga genomens struktur och funktioner i sin helhet.
Genomik är studiet av en organisms hela genetiska material, inklusive dess DNA-sekvens, organisation, funktion och variation. Det omfattar analys av gener, deras samspel och deras påverkan på egenskaper och beteenden. Genomforskning innefattar olika tekniker och tillvägagångssätt för att förstå genomens struktur och funktion samt deras roller i hälsa, sjukdom, evolution och andra biologiska processer.
Genomforskning syftar till att:
- Sekvensera genom: Detta innebär att bestämma ordningen på nukleotiderna (A, T, C och G) i en organisms DNA. Det kan avse hela genomet eller specifika regioner av intresse.
- Analysera genetisk variation: Genomforskning undersöker variationer i DNA-sekvenser mellan individer eller populationer, vilket kan ge insikter om den genetiska grunden för sjukdomar, egenskaper och evolutionära processer.
- Funktionell genomik: Detta område undersöker hur gener fungerar och samspelar med varandra och med miljön. Det omfattar transkriptomik (studiet av genuttryck), proteomik (studiet av proteiner) och metabolomik (studiet av metaboliter).
- Komparativ genomik: Genom att jämföra genom från olika arter kan forskare klarlägga evolutionära släktskap, identifiera konserverade regioner och förstå den genetiska grunden för biologisk mångfald.
- Medicinsk genomik: Genomforskning inom medicin fokuserar på att förstå den genetiska grunden för sjukdomar, förutsäga sjukdomsrisk och utveckla individanpassade behandlingar och insatser.
Genomforskning har lett till betydande framsteg inom områden som medicin, jordbruk, evolutionsbiologi och bioteknik, vilket bidrar till vår förståelse av livet på molekylär nivå och förbättrar människors hälsa och välbefinnande.
Litteratur / Referenser
- 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 tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från laboratoriestorlek till industriell storlek.