Genomisk forskning underlättas av ultraljudsbehandling
Genomisk forskning har revolutionerat vår förståelse av biologiska system och gjort det möjligt att belysa komplexa genetiska mekanismer som ligger till grund för olika sjukdomar och egenskaper. Ultraljudsbehandling, en teknik som ursprungligen utvecklades för att störa cellulära membran, har funnit omfattande nytta i genomisk forskning. Denna artikel ger en översikt över tillämpningen av ultraljudsbehandling i genomiska studier, inklusive DNA-isolering och fragmentering, kromatinimmunoprecipitation (ChIP) och förberedelse av nästa generations sekvenseringsbibliotek. Den här artikeln ger en översikt över principerna, metoderna och tillämpningarna av ultraljudsbehandling inom genomisk forskning och introducerar dig till de mest lämpliga ultraljudsapparaterna för genomisk forskning.
Sonikatorer i genomisk forskning
Genomisk forskning har genomgått anmärkningsvärda framsteg under de senaste decennierna, drivet av utvecklingen av sekvenseringsteknik med hög genomströmning och innovativa experimentella metoder. Dessa framsteg har underlättat den omfattande analysen av genom, epigenom och transkriptom, vilket ger insikter i den genetiska grunden för sjukdomar, evolution och fenotypisk variation.
Ultraljudsbehandling, en mekanisk process som innebär tillämpning av de fysiska krafterna i ultraljud för att störa molekylära strukturer, har dykt upp som ett mångsidigt verktyg inom genomisk forskning. Ultraljudsbehandling är en väletablerad teknik som används för DNA-fragmentering, kromatinskjuvning och förberedelse av NGS-bibliotek.
Tillämpningar av ultraljudsbehandling i genomisk forskning
Ultraljudsbehandling tillämpas på biologiska prover för provberedning före analyser, analys eller som förberedelse för ytterligare nedströmsprocesser. De vanligaste provförberedande applikationerna med hjälp av ultraljudsbehandling inkluderar:
Ultraljudsbehandling används för den exakta fragmenteringen av genomiskt DNA, vilket möjliggör generering av DNA-fragment av önskade storlekar för olika nedströmsapplikationer, inklusive PCR, kloning och Southern blotting. Ultraljudsbehandling erbjuder fördelar jämfört med enzymatiska metoder, eftersom det möjliggör flexibel kontroll över fragmentstorlek och distribution. Provberedning med hög genomströmning med den UIP400MTP plattan ultraljudsapparat effektiviserar bearbetningen av stora provantal.
Läs mer om ultraljud DNA-fragmentering och Fragmentering av plasmider!
Läs mer om användningen av ultraljudsbehandling för Next Gen Sequencing!
VialTweeter ultraljudsapparat för samtidig provberedning av flera injektionsflaskor
Hur väljer jag den bästa ultraljudsbehandlingen för min DNA-relaterade forskning?
Termen “ultraljudsbehandling” används för olika modi av ultraljudsapplikation. De vanligaste metoderna är ultraljudsbadet och sond-typ sonikator. Nedan kommer du att upptäcka varför rätt val av ultraljudsbehandling kommer att förbättra kvaliteten och giltigheten av din forskning ut.
Lär dig mer om skillnaderna mellan olika ultraljudsmodeller, deras fördelar och begränsningar. Här kommer vi att dyka in i de mest använda sonicator-modellerna för genomisk forskning.
Ultraljudsbehandling i bad: Varför ger sonikatorer av badtyp dig opålitliga, icke-reproducerbara resultat? Genomiska prover placeras i ett vattenbad utrustat med flera ultraljudsgivare fästa på botten av vattentanken. Fläckarna med akustisk kavitation förekommer mycket ojämnt genom tanken och ger inte en konsekvent ultraljudseffekt. Denna metod behandlar proverna med varierande intensitet och ger inte reproducerbara resultat vid provberedning såsom DNA-fragmentering. Som en konsekvens av denna ojämna behandling ges ingen kontroll över DNA-fragmentens storlek. Med ett vanligt ultraljudsbad är tillförlitlig, repeterbar forskning omöjlig.
Vill du lära dig mer om sond-typ sond sonicator vs ultraljudsbad? Klicka här!
Till skillnad från ett ultraljudsbad, Hielscher är exakt kontrollerbara sonikatorer som levererar kraftfullt ultraljud. Intensiteten av ultraljudsbehandling kan ställas in exakt till ansökan så att oönskad nedbrytning av biologiska prover undviks. Det säkerställer optimal bevarande av nukleinsyror och andra biomolekyler under provbearbetning. Detta är särskilt fördelaktigt för genomisk forskning, där provernas integritet är avgörande för nedströmsanalys. Smarta funktioner som programmerbar inställning, fjärrkontroll i webbläsaren och automatisk dataregistrering underlättar forskningsarbetet i laboratorier.
Hielscher Sonicator modeller för genomisk forskning
- Ultraljudsbehandling av sondtyp: En ultraljudsbehandling sond sätts direkt in i provröret, vilket möjliggör lokal ultraljudsbehandling och exakt kontroll över fragmentering parametrar. Denna metod är att föredra för ett litet antal prover, t.ex. enstaka ampuller eller bägare.
Hitta alla sond-typ sond typ sond för DNA-fragmentering och prov prep här! - CupHorn och UIP400MTP: Hielscher sonicator modeller Ultrasonic Cuphorn och UIP400MTP Plate Sonicator skiljer sig avsevärt från en vanlig ultraljud bad eller rengöring tank. Vid första anblicken verkar principen för indirekt överföring av ultraljudsvågor genom ett vattenbad likartad – skillnaden mellan Hielscher ultraljud cuphorn eller platta sonikator och en vanlig ultraljudsbad kunde inte vara större! Vid Hielscher-system omrörs hela botten av kopphornet och plattans ultraljudsapparat enhetligt av kraftfullt ultraljud. Detta innebär att hela ytan vibrerar med exakt samma amplitud och frekvens. Ingen död, o-sonikerad plats hittas, alla prover är ultraljudsbehandlade med samma intensitet! Detta säkerställer enhetliga, reproducerbara resultat i din ultraljudsprovberedning.
Du kan hitta mer information om ultraljudskopphornet här!
Du kan hitta mer information om platt-sonikator UIP400MTP här! - VialTweeter: VialTweeter använder en unik design av en vibrerande flaskhållande blocksonotrode för att överföra ultraljudsenergi direkt in i provflaskor utan behov av nedsänkning i ett vattenbad eller annat medium. Denna indirekta men ändå mycket effektiva ultraljudsbehandling metod är idealisk för behandling av upp till 10 slutna injektionsflaskor och undviker korskontaminering.
Läs mer om kontamineringsfri ultraljudsbehandling av upp till 10 slutna injektionsflaskor med theVialTweeter!
Ultraljud CupHorn för intensiv ultraljudsbehandling av slutna rör och injektionsflaskor för steril DNA-fragmentering.
Sonikatorer i automatiserade system – Enkel integration
Hielscher sonikatorer kan integreras i automatiserade system. Med ett öppet nätverksgränssnitt och programmeringsfunktioner är Hielscher sonikatorer lämpliga för automatisering. Integrationen med automatisering och robotik möjliggör bearbetning av genomiska prover med hög genomströmning, vilket underlättar storskaliga studier och initiativ för personlig medicin. Möjligheten att integrera din sonikator i ett automatiserat provberedningssystem optimerar provhanteringen och kommer att säkerställa effektiv, reproducerbar och säker provbearbetning över en mängd olika applikationer och provtyper.
- Hög effektivitet
- Toppmodern teknik
- tillförlitlighet & robusthet
- Justerbar, exakt processtyrning
- batch & Inline
- för vilken volym som helst
- Intelligent programvara
- Smarta funktioner (t.ex. programmerbar, dataprotokoll, fjärrkontroll)
- Enkel och säker att använda
- Lågt underhåll
- CIP (clean-in-place)
Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland
Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.
Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra laboratorieultraljudsapparater, som är idealiska för provberedningsuppgifter såsom DNA- och RNA-fragmentering, celllys samt DNA- och proteinisolering:
| Apparat | Effekt [W] | Typ | Volym [ml] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | för mikroplattor | 6 – 3456 brunnar | VialTweeter | 200 | för upp till 10 injektionsflaskor plus klämmöjlighet | 0.5 – 1.5 |
| UP50H | 50 | sond-typ | 0.01 – 250 |
| UP100H | 100 | sond-typ | 0.01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | sond-typ | 0.1 – 1000 |
| UP200St | 200 | sond-typ | 0.1 – 1000 |
| UP400St | 400 | sond-typ | 5.0 – 2000 |
| Kopparhorn | 200 | CupHorn, sonore | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | Flödescell utan kontaminering |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Vanliga frågor om genomik och ultraljudsbehandling
Här hittar du svaren på de vanligaste frågorna när det gäller ultraljud och genomisk forskning.
Vad betyder ultraljudsbehandling till DNA?
Ultraljudsbehandling bryter DNA i mindre fragment genom att tillämpa högfrekventa ljudvågor som skapar mekaniska krafter, vilket gör att DNA-strängar bryts vid slumpmässiga punkter. Justering av intensiteten av ultraljudsbehandling gör det möjligt att skapa större eller mindre DNA-fragment beroende på kraven på efterföljande bearbetning och analys.
Vad är ultraljudsbehandlingsprotokollet för DNA-fragmentering?
En typisk ultraljudsbehandling protokoll för DNA-fragmentering innebär att man applicerar ultraljudsvågor på DNA-prover i en buffertlösning för en serie korta skurar, följt av kylningsintervall för att förhindra provuppvärmning. Parametrar som amplitud, varaktighet och cykelnummer optimeras baserat på provtyp och önskad fragmentstorlek.
Hur fungerar ultraljudsbehandling för DNA-klippning?
Ultraljudsbehandling för DNA-skjuvning innebär att man applicerar kontrollerade mekaniska krafter på DNA-molekyler med hjälp av ultraljudsvågor. Dessa krafter stör vätebindningarna och andra interaktioner som håller ihop DNA-strängarna, vilket resulterar i slumpmässiga brott och fragmentering av DNA i mindre bitar.
Hur länge ska du sonikera DNA-prover?
Varaktigheten av ultraljudsbehandling för DNA-prover beror på faktorer som provvolym, koncentration och önskad fragmentstorlek. Vanligtvis, ultraljudsbehandling utförs för korta skurar som sträcker sig från några sekunder till flera minuter, med kylningsintervall för att förhindra överhettning av provet.
Vilken är den bästa ultraljudsapparaten för DNA-isolering?
Valet av den bästa ultraljudsapparaten för DNA-isolering beror på faktorer som provvolym, genomströmning och önskad fragmentstorlek. Några populära alternativ inkluderar Hielscher UIP400MTP platt-sonikator, VialTweeter, CupHorn och ultraljudssonden UP100H. Dessa sonikatorer erbjuder exakt kontroll över ultraljudsbehandling parametrar och är lämpliga för olika DNA-isolering applikationer i forskningslaboratorier.
Vad är genomik?
Genomik är en tvärvetenskaplig gren av biologin som fördjupar sig i att förstå den fullständiga sammansättningen, funktionerna, evolutionen, kartläggningen och modifieringen av genom. Ett genom omfattar allt DNA i en organism, inklusive både dess gener och deras intrikata tredimensionella organisation. Till skillnad från genetik, som fokuserar på enskilda gener och deras nedärvningsmönster, syftar genomik till att på ett heltäckande sätt karakterisera och kvantifiera alla gener inom en organism, belysa deras interaktioner och inverkan på organismen som helhet. Gener spelar en central roll för att styra syntesen av proteiner, vilket underlättas av enzymer och budbärarmolekyler. Dessa proteiner utgör i sin tur de strukturella komponenterna i organ och vävnader, reglerar biokemiska processer och underlättar cell-till-cell-kommunikation. Genomik omfattar sekvensering och analys av hela genom, med hjälp av DNA-sekvenseringstekniker med hög genomströmning och bioinformatiska verktyg för att dechiffrera 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 interaktioner och deras inflytande på egenskaper och beteenden. Genomisk forskning involverar olika tekniker och tillvägagångssätt för att förstå genomets struktur och funktion, såväl som deras roller i hälsa, sjukdom, evolution och andra biologiska processer.
Genomisk forskning syftar till att:
- Sekvens genom: Detta innebär att bestämma ordningen på nukleotider (A, T, C och G) i en organisms DNA. Det kan vara hela genomet eller specifika områden av intresse.
- Analysera genetisk variation: Genomisk forskning utforskar variationer i DNA-sekvenser mellan individer eller populationer, vilket kan ge insikter i den genetiska grunden för sjukdomar, egenskaper och evolutionära processer.
- Funktionell genomik: Inom detta område undersöks hur gener fungerar och interagerar med varandra och miljön. Det inkluderar transkriptomik (studie av genuttryck), proteomik (studie av proteiner) och metabolomik (studie av metaboliter).
- Komparativ genomik: Genom att jämföra arvsmassan mellan olika arter kan forskare avslöja evolutionära relationer, identifiera bevarade regioner och förstå den genetiska grunden för biologisk mångfald.
- Medicinsk genomik: Genomisk forskning inom medicin fokuserar på att förstå den genetiska grunden för sjukdomar, förutsäga sjukdomsrisk och utveckla personliga behandlingar och interventioner.
Genomisk forskning 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 labb till industriell storlek.