Геномні дослідження, полегшені ультразвуковою обробкою
Геномні дослідження здійснили революцію в нашому розумінні біологічних систем, уможливлюючи з’ясування складних генетичних механізмів, що лежать в основі різних захворювань і ознак. Ультразвукова обробка, техніка, спочатку розроблена для руйнування клітинних мембран, знайшла широке застосування в геномних дослідженнях. Ця стаття надає огляд застосування ультразвукової обробки в геномних дослідженнях, включаючи ізоляцію та фрагментацію ДНК, імунопреципітацію хроматину (ChIP) та підготовку бібліотек секвенування нового покоління. Ця стаття надає огляд принципів, методологій і застосувань ультразвукової обробки в геномних дослідженнях і знайомить вас із найбільш підходящими ультразвуковими обробниками для геномних досліджень.
Ультразвукові обробники в геномних дослідженнях
Геномні дослідження зазнали вражаючих досягнень за останні десятиліття, стимульовані розвитком технологій секвенування з високою пропускною здатністю та інноваційних експериментальних методологій. Ці досягнення полегшили комплексний аналіз геномів, епігеномів і транскриптомів, пропонуючи уявлення про генетичну основу хвороб, еволюції та фенотипової варіації.
Ультразвукова обробка, механічний процес, що включає застосування фізичних сил ультразвуку для руйнування молекулярних структур, виникла як універсальний інструмент у геномних дослідженнях. Ультразвукова обробка є добре встановленою технікою, що використовується для фрагментації ДНК, зсуву хроматину та підготовки бібліотек NGS.
Застосування ультразвукової обробки в геномних дослідженнях
Ультразвукову обробку застосовують до біологічних зразків для підготовки зразків перед аналізами, дослідженнями або для підготовки до подальших процесів. Найпоширеніші застосування підготовки зразків із використанням ультразвукової обробки включають:
Ультразвукова обробка використовується для точної фрагментації геномної ДНК, уможливлюючи генерацію фрагментів ДНК бажаних розмірів для різних подальших застосувань, включаючи ПЛР, клонування та блотинг за Саузерном. Ультразвукова обробка має переваги перед ферментативними методами, оскільки вона дозволяє гнучко контролювати розмір і розподіл фрагментів. Підготовка зразків із високою пропускною здатністю за допомогою планшетного ультразвукового обробника UIP400MTP оптимізує обробку великої кількості зразків.
Читайте більше про ультразвукову фрагментацію ДНК та фрагментацію плазмід!
Читайте більше про використання ультразвукової обробки для секвенування нового покоління!
Ультразвуковий обробник VialTweeter для одночасної підготовки зразків у кількох флаконах
Як обрати найкращий ультразвуковий обробник для моїх досліджень, пов’язаних із ДНК?
Термін «ультразвукова обробка» використовується для різних способів застосування ультразвуку. Найпоширенішими методами є ультразвукова ванна та ультразвуковий обробник зондового типу. Нижче ви дізнаєтеся, чому правильний вибір ультразвукового обробника покращить якість і достовірність результатів ваших досліджень.
Дізнайтеся про відмінності між різними моделями ультразвукових обробників, їхні переваги та обмеження. Тут ми розглянемо найбільш поширені моделі ультразвукових обробників для геномних досліджень.
Ванна ультразвукова обробка: Чому ваннові ультразвукові обробники дають ненадійні, невідтворювані результати? Геномні зразки поміщають у водяну ванну, оснащену кількома ультразвуковими перетворювачами, прикріпленими до дна резервуара з водою. Зони акустичної кавітації виникають дуже нерівномірно по всьому резервуару і не забезпечують постійної потужності ультразвуку. Цей метод обробляє зразки з різною інтенсивністю і не забезпечує відтворюваних результатів при підготовці зразків, наприклад, фрагментації ДНК. Як наслідок цієї нерівномірної обробки, контроль над розміром фрагментів ДНК не забезпечується. У звичайній ультразвуковій ванні надійне, повторюване дослідження неможливе.
Бажаєте дізнатися більше про порівняння зондових ультразвукових обробників та ультразвукових ванн? Натисніть тут!
На відміну від ультразвукової ванни, Hielscher – це точно керовані ультразвукові обробники, які подають потужний ультразвук. Інтенсивність ультразвукової обробки можна точно налаштувати відповідно до застосування, щоб уникнути небажаної деградації біологічних зразків. Це забезпечує оптимальне збереження нуклеїнових кислот та інших біомолекул під час обробки зразків. Це особливо вигідно для геномних досліджень, де цілісність зразків є критичною для подальшого аналізу. Розумні функції, такі як програмовані налаштування, дистанційне керування через браузер та автоматичний запис даних, спрощують дослідницьку роботу в лабораторіях.
Моделі ультразвукових обробників Hielscher для геномних досліджень
- Ультразвукова обробка зондом: Ультразвуковий зонд безпосередньо вставляється в пробірку зі зразком, що дозволяє проводити локальну ультразвукову обробку та точно контролювати параметри фрагментації. Цей метод є переважним для невеликої кількості зразків, таких як окремі флакони або стакани.
Знайдіть усі зондові ультразвукові обробники для фрагментації ДНК та підготовки зразків тут! - CupHorn та UIP400MTP: Моделі ультразвукових обробників Hielscher Ultrasonic Cuphorn та UIP400MTP Plate Sonicator суттєво відрізняються від звичайної ультразвукової ванни або ванни для очищення. Хоча на перший погляд принцип опосередкованої передачі ультразвукових хвиль через водяну ванну здається схожим – різниця між ультразвуковим Cuphorn або пластинчастим обробником Hielscher і звичайною ультразвуковою ванною не може бути більшою! У системах Hielscher все дно Cuphorn та пластинчастого обробника рівномірно коливається під дією потужного ультразвуку. Це означає, що вся поверхня коливається з точно однаковою амплітудою та частотою. Немає мертвих, необроблених ультразвуком зон, усі зразки обробляються з однаковою інтенсивністю! Це забезпечує рівномірні, відтворювані результати при ультразвуковій підготовці зразків.
Ви можете знайти більше інформації про ультразвуковий Cuphorn тут!
Ви можете знайти більше інформації про пластинчастий обробник UIP400MTP тут! - VialTweeter: VialTweeter використовує унікальну конструкцію вібраційного сонотрода для блоку утримання флаконів, щоб передавати ультразвукову енергію безпосередньо у флакони зі зразками без потреби у зануренні у водяну ванну або інше середовище. Цей опосередкований, але високоефективний метод ультразвукової обробки ідеально підходить для обробки до 10 закритих флаконів і уникає перехресного забруднення.
Дізнайтеся більше про безконтамінаційну ультразвукову обробку до 10 закритих флаконів за допомогою VialTweeter!
Ультразвуковий Cuphorn для інтенсивної ультразвукової обробки закритих пробірок та флаконів для стерильної фрагментації ДНК.
Ультразвукові обробники в автоматизованих системах – проста інтеграція
Ультразвукові обробники Hielscher можна інтегрувати в автоматизовані системи. З відкритим мережевим інтерфейсом та функціями програмування ультразвукові обробники Hielscher підходять для автоматизації. Інтеграція з автоматизацією та робототехнікою забезпечує високопродуктивну обробку геномних зразків, сприяючи масштабним дослідженням та ініціативам персоналізованої медицини. Можливість інтеграції вашого ультразвукового обробника в автоматизовану систему підготовки зразків оптимізує обробку зразків і забезпечить ефективну, відтворювану та безпечну обробку зразків у різноманітних застосуваннях та типах зразків.
- висока ефективність
- передові технології
- надійність та міцність
- регульоване, точне управління процесом
- партійний та потоковий режим
- для будь-якого об’єму
- інтелектуальне програмне забезпечення
- розумні функції (наприклад, програмування, протоколювання даних, дистанційне керування)
- простота та безпека в експлуатації
- низькі вимоги до обслуговування
- CIP (мийка на місці)
Розробка, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині
Ультразвукові гомогенізатори Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота в експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові гомогенізатори в промислові об’єкти. Жорсткі умови та складні середовища легко витримуються ультразвуковими гомогенізаторами Hielscher.
Hielscher Ultrasonics – це компанія, сертифікована за ISO, яка приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим гомогенізаторам, що мають передові технології та зручний інтерфейс користувача. Звичайно, ультразвукові гомогенізатори Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA і RoHs.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших лабораторних ультразвукових гомогенізаторів, які ідеально підходять для таких завдань підготовки зразків, як фрагментація ДНК та РНК, руйнування клітин, а також ізоляція ДНК та білків:
| Пристрій | Потужність [W] | Тип | Об’єм [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | для мікропланшетів | 6 – 3456 лунок | VialTweeter | 200 | до 10 флаконів плюс можливість кріплення | 0,5 – 1,5 |
| UP50H | 50 | зондовий тип | 0,01 – 250 |
| UP100H | 100 | зондовий тип | 0,01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | зондовий тип | 0,1 – 1000 |
| UP200St | 200 | зондовий тип | 0,1 – 1000 |
| UP400St | 400 | зондовий тип | 5,0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, сонореактор | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | проточна комірка без забруднень |
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Часто задавані питання про геноміку та ультразвукову обробку
Тут ви знайдете відповіді на найчастіші запитання щодо ультразвукової обробки та геномних досліджень.
Що робить ультразвукова обробка з ДНК?
Ультразвукова обробка розриває ДНК на менші фрагменти, застосовуючи високочастотні звукові хвилі, які створюють механічні сили, що призводять до розриву ланцюгів ДНК у випадкових точках. Коригування інтенсивності ультразвукової обробки дозволяє створювати більші або менші фрагменти ДНК залежно від вимог до подальшої обробки та аналізу.
Який протокол ультразвукової обробки для фрагментації ДНК?
Типовий протокол ультразвукової обробки для фрагментації ДНК включає застосування ультразвукових хвиль до зразків ДНК у буферному розчині серією коротких імпульсів, за якими йдуть інтервали охолодження для запобігання нагріванню зразка. Такі параметри, як амплітуда, тривалість та кількість циклів, оптимізуються на основі типу зразка та бажаного розміру фрагментів.
Як працює ультразвукова обробка для зсуву ДНК?
Ультразвукова обробка для зсуву ДНК включає застосування контрольованих механічних сил до молекул ДНК за допомогою ультразвукових хвиль. Ці сили руйнують водневі зв’язки та інші взаємодії, що утримують ланцюги ДНК разом, що призводить до випадкових розривів та фрагментації ДНК на менші шматки.
Скільки часу слід обробляти зразки ДНК ультразвуком?
Тривалість ультразвукової обробки зразків ДНК залежить від таких факторів, як об’єм зразка, концентрація та бажаний розмір фрагментів. Зазвичай ультразвукова обробка виконується короткими імпульсами тривалістю від кількох секунд до кількох хвилин, з інтервалами охолодження для запобігання перегріванню зразка.
Який найкращий ультразвуковий гомогенізатор для ізоляції ДНК?
Вибір найкращого ультразвукового гомогенізатора для ізоляції ДНК залежить від таких факторів, як об’єм зразка, пропускна здатність та бажаний розмір фрагментів. Деякі популярні варіанти включають планшетний ультразвуковий гомогенізатор Hielscher UIP400MTP, VialTweeter, CupHorn та ультразвукову зонду UP100H. Ці ультразвукові гомогенізатори пропонують точний контроль над параметрами ультразвукової обробки та підходять для різних застосувань ізоляції ДНК у дослідницьких лабораторіях.
Що таке геноміка?
Геноміка – це міждисциплінарна галузь біології, яка заглиблюється в розуміння повного складу, функцій, еволюції, картування та модифікації геномів. Геном охоплює всю ДНК в організмі, включаючи як його гени, так і їхню складну тривимірну організацію. На відміну від генетики, яка зосереджується на окремих генах та їхніх закономірностях успадкування, геноміка прагне всебічно охарактеризувати та кількісно визначити всі гени в організмі, розкриваючи їхні взаємодії та вплив на організм загалом. Гени відіграють ключову роль у спрямуванні синтезу білків, який полегшується ферментами та сигнальними молекулами. Ці білки, у свою чергу, складають структурні компоненти органів і тканин, регулюють біохімічні процеси та полегшують міжклітинну комунікацію. Геноміка охоплює секвенування та аналіз цілих геномів, використовуючи високоефективні методи секвенування ДНК та інструменти біоінформатики для розшифрування структури та функцій геномів у їхній повноті.
Геноміка – це вивчення всього генетичного матеріалу організму, включаючи його послідовність ДНК, організацію, функцію та варіації. Вона охоплює аналіз генів, їхніх взаємодій та їхнього впливу на ознаки і поведінку. Геномні дослідження включають різноманітні техніки та підходи до розуміння структури та функції геномів, а також їхніх ролей у здоров’ї, хворобах, еволюції та інших біологічних процесах.
Геномні дослідження спрямовані на:
- Секвенування геномів: Це включає визначення порядку нуклеотидів (A, T, C та G) у ДНК організму. Це може бути весь геном або специфічні ділянки, що становлять інтерес.
- Аналіз генетичної варіації: Геномні дослідження вивчають варіації в послідовностях ДНК серед індивідів або популяцій, що може надати уявлення про генетичну основу хвороб, ознак та еволюційних процесів.
- Функціональна геноміка: Ця галузь досліджує, як гени функціонують і взаємодіють один з одним та з навколишнім середовищем. Вона включає транскриптоміку (вивчення експресії генів), протеоміку (вивчення білків) та метаболоміку (вивчення метаболітів).
- Порівняльна геноміка: Порівнюючи геноми різних видів, дослідники можуть виявити еволюційні зв’язки, ідентифікувати консервативні ділянки та зрозуміти генетичну основу біологічного різноманіття.
- Медична геноміка: Геномні дослідження в медицині зосереджуються на розумінні генетичної основи хвороб, прогнозуванні ризику захворювань та розробці персоналізованих методів лікування та втручань.
Геномні дослідження призвели до значного прогресу в таких галузях, як медицина, сільське господарство, еволюційна біологія та біотехнології, сприяючи нашому розумінню життя на молекулярному рівні та покращенню здоров’я і добробуту людини.
Література / Посилання
- 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 виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.