Nghiên cứu hệ gen được hỗ trợ bằng xử lý siêu âm
Nghiên cứu hệ gen đã cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về các hệ thống sinh học, giúp làm sáng tỏ những cơ chế di truyền phức tạp làm nền tảng cho nhiều bệnh và tính trạng khác nhau. Xử lý siêu âm, một kỹ thuật ban đầu được phát triển để phá vỡ màng tế bào, đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu hệ gen. Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về ứng dụng của xử lý siêu âm trong các nghiên cứu hệ gen, bao gồm phân lập và phân mảnh DNA, kết tủa miễn dịch chromatin (ChIP) và chuẩn bị thư viện giải trình tự thế hệ mới. Bài viết này trình bày tổng quan về các nguyên lý, phương pháp và ứng dụng của xử lý siêu âm trong nghiên cứu hệ gen, đồng thời giới thiệu những máy siêu âm phù hợp nhất cho nghiên cứu hệ gen.
Máy siêu âm trong nghiên cứu hệ gen
Nghiên cứu hệ gen đã có những bước tiến đáng kể trong những thập kỷ gần đây, được thúc đẩy bởi sự phát triển của các công nghệ giải trình tự thông lượng cao và các phương pháp thực nghiệm đổi mới. Những tiến bộ này đã tạo điều kiện phân tích toàn diện hệ gen, hệ biểu sinh và hệ phiên mã, mang lại hiểu biết về cơ sở di truyền của bệnh tật, tiến hóa và biến dị kiểu hình.
Xử lý siêu âm, một quá trình cơ học sử dụng các lực vật lý của sóng siêu âm để phá vỡ cấu trúc phân tử, đã trở thành một công cụ đa năng trong nghiên cứu hệ gen. Xử lý siêu âm là một kỹ thuật đã được xác lập vững chắc, được sử dụng để phân mảnh DNA, cắt chromatin và chuẩn bị thư viện NGS.
Ứng dụng của xử lý siêu âm trong nghiên cứu hệ gen
Xử lý siêu âm được áp dụng cho các mẫu sinh học để chuẩn bị mẫu trước khi thực hiện các phép thử, phân tích hoặc để chuẩn bị cho các quy trình tiếp theo. Các ứng dụng chuẩn bị mẫu phổ biến nhất sử dụng xử lý siêu âm bao gồm:
Xử lý siêu âm được sử dụng để phân mảnh chính xác DNA hệ gen, cho phép tạo ra các đoạn DNA có kích thước mong muốn cho nhiều ứng dụng tiếp theo, bao gồm PCR, tạo dòng và lai Southern. Xử lý siêu âm có những ưu điểm so với các phương pháp dùng enzyme vì cho phép kiểm soát linh hoạt kích thước và phân bố kích thước các đoạn DNA. Việc chuẩn bị mẫu với thông lượng cao bằng máy siêu âm dạng đĩa UIP400MTP giúp xử lý số lượng mẫu lớn thuận tiện hơn.
Đọc thêm về phương pháp siêu âm để phân mảnh DNA và phân mảnh plasmid!
Đọc thêm về việc sử dụng xử lý siêu âm cho giải trình tự thế hệ mới!
Máy siêu âm VialTweeter để chuẩn bị mẫu đồng thời trong nhiều lọ
Làm thế nào để chọn máy siêu âm tốt nhất cho nghiên cứu liên quan đến DNA của tôi?
Thuật ngữ “xử lý siêu âm” được sử dụng cho nhiều phương thức ứng dụng sóng siêu âm. Các phương pháp phổ biến nhất là bể siêu âm và máy siêu âm dạng đầu dò. Dưới đây, bạn sẽ tìm hiểu vì sao việc lựa chọn đúng máy siêu âm sẽ cải thiện chất lượng và tính xác thực của các kết quả nghiên cứu.
Tìm hiểu sự khác biệt giữa các mẫu máy siêu âm, những ưu điểm và hạn chế của chúng. Tại đây, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu về những mẫu máy siêu âm được sử dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu hệ gen.
Xử lý bằng bể siêu âm: Tại sao máy siêu âm dạng bể lại cho kết quả không đáng tin cậy và không thể tái lập? Các mẫu hệ gen được đặt trong một bể nước có nhiều bộ chuyển đổi siêu âm gắn ở đáy bể. Các vùng xâm thực âm phân bố rất không đồng đều trong bể và không cung cấp công suất siêu âm ổn định. Phương pháp này xử lý các mẫu với cường độ khác nhau và không mang lại kết quả có thể tái lập trong các công việc chuẩn bị mẫu như phân mảnh DNA. Do quá trình xử lý không đồng đều này, không thể kiểm soát kích thước các đoạn DNA. Với một bể siêu âm thông thường, việc thực hiện nghiên cứu đáng tin cậy và có thể lặp lại là không khả thi.
Bạn muốn tìm hiểu thêm về máy siêu âm dạng đầu dò so với bể siêu âm? Nhấp vào đây!
Khác với bể siêu âm, các máy siêu âm Hielscher có thể được điều khiển chính xác và cung cấp sóng siêu âm mạnh mẽ. Cường độ xử lý siêu âm có thể được điều chỉnh chính xác theo ứng dụng để tránh sự phân hủy không mong muốn của các mẫu sinh học. Điều này đảm bảo bảo toàn tối ưu các axit nucleic và những phân tử sinh học khác trong quá trình xử lý mẫu. Điều này đặc biệt có lợi cho nghiên cứu hệ gen, trong đó tính toàn vẹn của mẫu có vai trò thiết yếu đối với các phân tích tiếp theo. Các tính năng thông minh như cài đặt có thể lập trình, điều khiển từ xa qua trình duyệt và ghi dữ liệu tự động giúp công việc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm thuận tiện hơn.
Các mẫu máy siêu âm Hielscher dành cho nghiên cứu hệ gen
- Xử lý siêu âm bằng đầu dò: Đầu dò siêu âm được đưa trực tiếp vào ống mẫu, cho phép xử lý siêu âm cục bộ và kiểm soát chính xác các thông số phân mảnh. Phương pháp này được ưu tiên khi số lượng mẫu ít, chẳng hạn như từng lọ hoặc cốc có mỏ riêng lẻ.
Tìm tất cả các máy siêu âm dạng đầu dò dùng để phân mảnh DNA và chuẩn bị mẫu tại đây! - CupHorn và UIP400MTP: Các mẫu máy siêu âm Ultrasonic Cuphorn và UIP400MTP Plate Sonicator của Hielscher khác biệt đáng kể so với bể siêu âm hoặc bể làm sạch thông thường. Mặc dù thoạt nhìn, nguyên lý truyền sóng siêu âm gián tiếp qua bể nước có vẻ tương tự – sự khác biệt giữa cuphorn siêu âm hoặc máy siêu âm dạng tấm của Hielscher và bể siêu âm thông thường là lớn đến mức không thể lớn hơn! Trong các hệ thống Hielscher, toàn bộ đáy của cuphorn và máy siêu âm dạng tấm được kích thích đồng đều bằng sóng siêu âm mạnh mẽ. Điều này có nghĩa là toàn bộ bề mặt rung với biên độ và tần số hoàn toàn giống nhau. Không có vùng chết nào không được xử lý siêu âm, tất cả các mẫu đều được xử lý siêu âm ở cùng một cường độ! Điều này đảm bảo kết quả đồng đều và có thể tái lập khi chuẩn bị mẫu bằng siêu âm.
Bạn có thể tìm thêm thông tin về cuphorn siêu âm tại đây!
Bạn có thể tìm thêm thông tin về máy siêu âm dạng tấm UIP400MTP tại đây! - VialTweeter: VialTweeter sử dụng thiết kế độc đáo với đầu phát siêu âm dạng khối giữ lọ có khả năng rung để truyền năng lượng siêu âm trực tiếp vào các lọ mẫu mà không cần nhúng trong bể nước hoặc môi trường khác. Phương pháp xử lý siêu âm gián tiếp nhưng có hiệu suất cao này lý tưởng để xử lý tối đa 10 lọ đóng kín và tránh nhiễm chéo.
Đọc thêm về xử lý siêu âm không gây nhiễm bẩn cho tối đa 10 lọ đóng kín bằng VialTweeter!
Cuphorn siêu âm để xử lý siêu âm cường độ cao các ống và lọ đóng kín nhằm phân mảnh DNA trong điều kiện vô trùng.
Máy siêu âm trong các hệ thống tự động – Tích hợp đơn giản
Máy siêu âm Hielscher có thể được tích hợp vào các hệ thống tự động. Với giao diện mạng mở và các tính năng lập trình, máy siêu âm Hielscher phù hợp cho tự động hóa. Việc tích hợp với hệ thống tự động hóa và robot cho phép xử lý số lượng lớn mẫu hệ gen, tạo thuận lợi cho các nghiên cứu quy mô lớn và các sáng kiến y học cá thể hóa. Khả năng tích hợp máy siêu âm vào hệ thống chuẩn bị mẫu tự động giúp tối ưu hóa thao tác với mẫu và sẽ đảm bảo xử lý mẫu hiệu quả, an toàn và có thể tái lập trong nhiều ứng dụng và với nhiều loại mẫu.
- hiệu suất cao
- công nghệ tiên tiến nhất
- độ tin cậy và độ bền
- kiểm soát quy trình chính xác, có thể điều chỉnh
- xử lý theo mẻ và trên dòng chảy
- cho mọi thể tích
- phần mềm thông minh
- các tính năng thông minh (ví dụ: có thể lập trình, ghi nhật ký dữ liệu, điều khiển từ xa)
- vận hành dễ dàng và an toàn
- ít cần bảo trì
- CIP (vệ sinh tại chỗ)
Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức
Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn cao nhất về chất lượng và thiết kế. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng những điều kiện khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao.
Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng các thiết bị siêu âm hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm của chúng tôi, vốn lý tưởng cho các công việc chuẩn bị mẫu như phân mảnh DNA và RNA, ly giải tế bào cũng như tách chiết DNA và protein:
| Thiết bị | Công suất [W] | Loại | Thể tích [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | dành cho đĩa vi giếng | 6 – 3456 giếng | VialTweeter | 200 | dành cho tối đa 10 lọ, cùng khả năng gắn bằng kẹp | 0,5 – 1,5 |
| UP50H | 50 | dạng đầu dò | 0,01 – 250 |
| UP100H | 100 | dạng đầu dò | 0,01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | dạng đầu dò | 0,1 – 1000 |
| UP200St | 200 | dạng đầu dò | 0,1 – 1000 |
| UP400St | 400 | dạng đầu dò | 5,0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn, thiết bị phản ứng siêu âm | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | buồng dòng chảy không gây nhiễm bẩn |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Các câu hỏi thường gặp về hệ gen học và xử lý bằng siêu âm
Tìm tại đây câu trả lời cho những câu hỏi thường gặp nhất về xử lý bằng siêu âm và nghiên cứu hệ gen.
Xử lý bằng siêu âm tác động như thế nào đến DNA?
Xử lý bằng siêu âm làm đứt DNA thành các đoạn nhỏ hơn bằng cách sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra lực cơ học, khiến các mạch DNA đứt tại những vị trí ngẫu nhiên. Việc điều chỉnh cường độ xử lý bằng siêu âm cho phép tạo ra các đoạn DNA lớn hơn hoặc nhỏ hơn tùy theo yêu cầu của các bước xử lý và phân tích tiếp theo.
Quy trình xử lý bằng siêu âm để phân mảnh DNA là gì?
Một quy trình xử lý bằng siêu âm điển hình để phân mảnh DNA bao gồm việc tác dụng sóng siêu âm lên các mẫu DNA trong dung dịch đệm theo một loạt đợt ngắn, xen kẽ với các khoảng làm mát để ngăn mẫu nóng lên. Các thông số như biên độ, thời gian và số chu kỳ được tối ưu hóa dựa trên loại mẫu và kích thước đoạn mong muốn.
Xử lý bằng siêu âm hoạt động như thế nào trong việc cắt DNA bằng lực cơ học?
Xử lý bằng siêu âm để cắt DNA bằng lực cơ học bao gồm việc sử dụng sóng siêu âm để tác dụng các lực cơ học có kiểm soát lên các phân tử DNA. Những lực này phá vỡ các liên kết hydro và các tương tác khác giữ các mạch DNA với nhau, dẫn đến sự đứt gãy ngẫu nhiên và phân mảnh DNA thành các đoạn nhỏ hơn.
Nên xử lý mẫu DNA bằng siêu âm trong bao lâu?
Thời gian xử lý mẫu DNA bằng siêu âm phụ thuộc vào các yếu tố như thể tích mẫu, nồng độ và kích thước đoạn mong muốn. Thông thường, việc xử lý bằng siêu âm được thực hiện theo các đợt ngắn kéo dài từ vài giây đến vài phút, xen kẽ với các khoảng làm mát để ngăn mẫu quá nóng.
Thiết bị siêu âm nào tốt nhất để tách chiết DNA?
Việc lựa chọn thiết bị siêu âm tốt nhất để tách chiết DNA phụ thuộc vào các yếu tố như thể tích mẫu, thông lượng xử lý mẫu và kích thước đoạn mong muốn. Một số lựa chọn phổ biến bao gồm thiết bị siêu âm dạng đĩa Hielscher UIP400MTP, VialTweeter, CupHorn và đầu dò siêu âm UP100H. Các thiết bị siêu âm này cho phép kiểm soát chính xác các thông số xử lý bằng siêu âm và phù hợp với nhiều ứng dụng tách chiết DNA trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu.
Hệ gen học là gì?
Hệ gen học là một ngành đa lĩnh vực của sinh học, đi sâu tìm hiểu toàn bộ thành phần, chức năng, sự tiến hóa, việc lập bản đồ và biến đổi hệ gen. Hệ gen bao gồm toàn bộ DNA trong một sinh vật, gồm cả các gen và cách tổ chức ba chiều phức tạp của chúng. Khác với di truyền học, vốn tập trung vào từng gen riêng lẻ và quy luật di truyền của chúng, hệ gen học hướng tới việc mô tả đặc điểm và định lượng một cách toàn diện tất cả các gen trong một sinh vật, làm sáng tỏ các tương tác giữa chúng và tác động của chúng lên toàn bộ sinh vật. Gen đóng vai trò then chốt trong việc chỉ đạo quá trình tổng hợp protein, với sự hỗ trợ của các enzym và phân tử truyền tin. Các protein này tạo nên các thành phần cấu trúc của cơ quan và mô, điều hòa các quá trình sinh hóa và hỗ trợ giao tiếp giữa các tế bào. Hệ gen học bao gồm việc giải trình tự và phân tích toàn bộ hệ gen, sử dụng các kỹ thuật giải trình tự DNA thông lượng cao và công cụ tin sinh học để giải mã toàn bộ cấu trúc và chức năng của hệ gen.
Hệ gen học nghiên cứu toàn bộ vật liệu di truyền của một sinh vật, bao gồm trình tự DNA, cách tổ chức, chức năng và sự biến đổi của vật liệu này. Ngành này bao gồm việc phân tích các gen, các tương tác giữa chúng và ảnh hưởng của chúng đến các tính trạng và hành vi. Nghiên cứu hệ gen sử dụng nhiều kỹ thuật và cách tiếp cận khác nhau để tìm hiểu cấu trúc và chức năng của hệ gen, cũng như vai trò của chúng đối với sức khỏe, bệnh tật, sự tiến hóa và các quá trình sinh học khác.
Nghiên cứu hệ gen hướng tới các mục tiêu sau:
- Giải trình tự hệ gen: Công việc này bao gồm việc xác định thứ tự các nucleotide (A, T, C và G) trong DNA của một sinh vật. Việc này có thể được thực hiện trên toàn bộ hệ gen hoặc các vùng cụ thể cần quan tâm.
- Phân tích biến dị di truyền: Nghiên cứu hệ gen tìm hiểu những khác biệt về trình tự DNA giữa các cá thể hoặc quần thể, qua đó có thể cung cấp hiểu biết về cơ sở di truyền của bệnh tật, các tính trạng và các quá trình tiến hóa.
- Hệ gen học chức năng: Lĩnh vực này nghiên cứu cách các gen hoạt động và tương tác với nhau cũng như với môi trường. Lĩnh vực này bao gồm hệ phiên mã học (nghiên cứu sự biểu hiện gen), hệ protein học (nghiên cứu protein) và hệ chuyển hóa học (nghiên cứu các chất chuyển hóa).
- Hệ gen học so sánh: Bằng cách so sánh hệ gen giữa các loài khác nhau, các nhà nghiên cứu có thể khám phá các mối quan hệ tiến hóa, xác định các vùng được bảo tồn và hiểu cơ sở di truyền của đa dạng sinh học.
- Hệ gen học y học: Nghiên cứu hệ gen trong y học tập trung vào việc tìm hiểu cơ sở di truyền của bệnh tật, dự đoán nguy cơ mắc bệnh và phát triển các phương pháp điều trị và can thiệp được cá thể hóa.
Nghiên cứu hệ gen đã mang lại những tiến bộ đáng kể trong các lĩnh vực như y học, nông nghiệp, sinh học tiến hóa và công nghệ sinh học, góp phần nâng cao hiểu biết của chúng ta về sự sống ở cấp độ phân tử, đồng thời cải thiện sức khỏe và chất lượng cuộc sống của con người.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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 sản xuất các máy đồng nhất siêu âm hiệu suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.