مقدمة
ما هو استخراج الحمض النووي؟
في أبسط المصطلحات، استخراج الحمض النووي هو إزالة الحمض النووي الريبي (RNA) و/أو الحمض النووي (DNA) من العينة وكل الفائض غير الضروري.تقوم عملية الاستخلاص بعزل الأحماض النووية من العينة وإنتاجها على شكل شطافة مركزة، خالية من المواد المخففة والملوثات التي يمكن أن تؤثر على أي تطبيقات نهائية.
تطبيقات استخلاص الحمض النووي
تُستخدم الأحماض النووية المنقاة في عدد كبير من التطبيقات المختلفة، والتي تتراوح عبر العديد من الصناعات المختلفة.ربما تكون الرعاية الصحية هي المجال الذي يتم استخدامه فيه أكثر من غيره، حيث يتطلب الحمض النووي الريبوزي (RNA) والحمض النووي (DNA) المنقى مجموعة من أغراض الاختبار المختلفة.
تشمل تطبيقات استخلاص الحمض النووي في الرعاية الصحية ما يلي:
- تسلسل الجيل القادم (NGS)
- التنميط الجيني SNP القائم على التضخيم
- التنميط الجيني القائم على المصفوفة
- تقييد هضم الإنزيمات
- التحليلات باستخدام تعديل الانزيمات (مثل الربط والاستنساخ)
هناك أيضًا مجالات أخرى غير الرعاية الصحية حيث يتم استخدام استخراج الحمض النووي، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، اختبار الأبوة والطب الشرعي وعلم الجينوم.
تاريخ موجز لاستخراج الحمض النووي
استخراج الحمض النووييعود تاريخها إلى زمن طويل، حيث تم إجراء أول عزل معروف على يد طبيب سويسري يدعى فريدريش ميشر في عام 1869. وكان ميشر يأمل في حل المبادئ الأساسية للحياة من خلال تحديد التركيب الكيميائي للخلايا.وبعد فشله في التعامل مع الخلايا الليمفاوية، تمكن من الحصول على راسب خام من الحمض النووي من كريات الدم البيضاء الموجودة في القيح على الضمادات المهملة.لقد فعل ذلك عن طريق إضافة الحمض ثم القلوي إلى الخلية لترك السيتوبلازم في الخلية، ثم طور بروتوكولًا لفصل الحمض النووي عن البروتينات الأخرى.
بعد أبحاث ميشر الرائدة، واصل العديد من العلماء الآخرين تطوير وتطوير تقنيات لعزل وتنقية الحمض النووي.قام إدوين جوزيف كوهن، عالم البروتين، بتطوير العديد من التقنيات لتنقية البروتين خلال الحرب العالمية الثانية.وكان مسؤولاً عن عزل جزء الألبومين المصلي من بلازما الدم، وهو أمر مهم في الحفاظ على الضغط الأسموزي في الأوعية الدموية.وكان هذا حاسما لإبقاء الجنود على قيد الحياة.
في عام 1953، قام فرانسيس كريك، مع روزاليند فرانكلين وجيمس واتسون، بتحديد بنية الحمض النووي، موضحين أنه يتكون من سلسلتين من سلاسل طويلة من نيوكليوتيدات الحمض النووي.مهد هذا الاكتشاف المذهل الطريق لميسلسون وستال، اللذين تمكنا من تطوير بروتوكول الطرد المركزي المتدرج الكثافة لعزل الحمض النووي من بكتيريا الإشريكية القولونية حيث أظهرا التكاثر شبه المحافظ للحمض النووي خلال تجربتهما عام 1958.
تقنيات استخلاص الحمض النووي
ما هي المراحل الأربع لاستخراج الحمض النووي؟
تتلخص جميع طرق الاستخراج في نفس الخطوات الأساسية.
خلل في الخلايا.تتضمن هذه المرحلة، المعروفة أيضًا باسم تحلل الخلية، تحطيم جدار الخلية و/أو غشاء الخلية، من أجل إطلاق السوائل داخل الخلوية التي تحتوي على الأحماض النووية محل الاهتمام.
إزالة الحطام غير المرغوب فيه.يتضمن ذلك الدهون الغشائية والبروتينات والأحماض النووية الأخرى غير المرغوب فيها والتي يمكن أن تتداخل مع التطبيقات النهائية.
عزل.هناك عدد من الطرق المختلفة لعزل الأحماض النووية محل الاهتمام من المحللة التي قمت بإنشائها، والتي تقع بين فئتين رئيسيتين: الحالة القائمة على المحلول أو الحالة الصلبة (انظر القسم التالي).
تركيز.بعد أن يتم عزل الأحماض النووية من جميع الملوثات والمواد المخففة الأخرى، يتم تقديمها في شطافة عالية التركيز.
نوعان من الاستخراج
هناك نوعان من استخلاص الحمض النووي – الطرق القائمة على المحاليل وطرق الحالة الصلبة.تُعرف الطريقة القائمة على المحاليل أيضًا بطريقة الاستخلاص الكيميائي، لأنها تتضمن استخدام المواد الكيميائية لتحطيم الخلية والوصول إلى المادة النووية.يمكن أن يتم ذلك باستخدام المركبات العضوية مثل الفينول والكلوروفورم، أو المركبات غير العضوية الأقل ضررًا وبالتالي الموصى بها أكثر مثل بروتيناز K أو هلام السيليكا.
تتضمن أمثلة طرق الاستخلاص الكيميائي المختلفة لتحطيم الخلية ما يلي:
- تمزق الغشاء الأسموزي
- الهضم الأنزيمي لجدار الخلية
- إذابة الغشاء
- بالمنظفات
- مع العلاج القلوي
تتضمن تقنيات الحالة الصلبة، والمعروفة أيضًا بالطرق الميكانيكية، استغلال كيفية تفاعل الحمض النووي مع الركيزة الصلبة.من خلال اختيار حبة أو جزيء سيرتبط به الحمض النووي دون أن يرتبط به الحليل، فمن الممكن فصل الاثنين.أمثلة على تقنيات الاستخلاص بالمرحلة الصلبة بما في ذلك استخدام السيليكا والخرز المغناطيسي.
شرح استخراج الخرزة المغناطيسية
طريقة استخراج الخرزة المغناطيسية
تم التعرف على إمكانية الاستخراج باستخدام الخرز المغناطيسي لأول مرة في براءة اختراع أمريكية قدمها تريفور هوكينز لمؤسسة أبحاث معهد وايتهيد.اعترفت براءة الاختراع هذه بأنه من الممكن استخراج المواد الجينية عن طريق ربطها بحامل دعم صلب، والذي يمكن أن يكون خرزة مغناطيسية.المبدأ هو أنك تستخدم خرزة مغناطيسية عالية الكفاءة ترتبط بها المادة الوراثية، والتي يمكن بعد ذلك فصلها عن المادة الطافية عن طريق تطبيق قوة مغناطيسية على الجزء الخارجي من الوعاء الذي يحمل العينة.
لماذا نستخدم استخراج الخرزة المغناطيسية؟
أصبحت تكنولوجيا استخراج الخرز المغناطيسي منتشرة بشكل متزايد، وذلك بسبب الإمكانية التي تحملها لإجراءات الاستخراج السريعة والفعالة.في الآونة الأخيرة، حدثت تطورات في الخرزات المغناطيسية عالية الأداء مع أنظمة عازلة مناسبة، مما جعل من الممكن أتمتة عملية استخراج الحمض النووي وسير العمل الذي يتميز بخفة الموارد وفعالية من حيث التكلفة.كما أن طرق استخراج الخرزة المغناطيسية لا تتضمن خطوات الطرد المركزي التي يمكن أن تسبب قوى القص التي تؤدي إلى تفتيت قطع أطول من الحمض النووي.وهذا يعني أن خيوط الحمض النووي الأطول تظل سليمة، وهو أمر مهم في اختبارات الجينوم.
وقت النشر: 25 نوفمبر 2022