導入
核酸抽出とは何ですか?
核酸抽出とは、ごく簡単に言えば、サンプルからRNAおよび/またはDNA、そして不要な余分なものをすべて除去することです。抽出プロセスでは、サンプルから核酸を分離し、下流のアプリケーションに影響を与える可能性のある希釈剤や汚染物質を含まない濃縮溶出液の形で核酸を得ます。
核酸抽出の応用
精製核酸は、様々な業界にわたる多様な用途で使用されています。中でもヘルスケア分野は、精製されたRNAとDNAが様々な検査目的に必要とされるため、おそらく最も多く利用されている分野です。
ヘルスケアにおける核酸抽出の用途には以下が含まれます。
- 次世代シーケンシング（NGS）
- 増幅ベースのSNPジェノタイピング
- アレイベースのジェノタイピング
- 制限酵素消化
- 修飾酵素を用いた分析（例：ライゲーションおよびクローニング）
核酸抽出は、ヘルスケア以外にも、父子鑑定、法医学、ゲノミクスなどさまざまな分野で使用されています。
核酸抽出の簡単な歴史
DNA抽出DNAの単離の歴史は古く、1869年にスイスの医師フリードリヒ・ミーシャーによって初めて行われました。ミーシャーは細胞の化学組成を明らかにすることで生命の基本原理を解明しようとしていました。リンパ球の分離に失敗した後、彼は捨てられた包帯の膿の中に見つかった白血球からDNAの粗沈殿を得ることに成功しました。彼は細胞に酸、そしてアルカリを加えて細胞質を分離し、DNAを他のタンパク質から分離するプロトコルを開発しました。
ミーシャーの画期的な研究に続き、多くの科学者がDNAの分離・精製技術の進歩と開発に取り組みました。タンパク質科学者のエドウィン・ジョセフ・コーンは、第二次世界大戦中にタンパク質精製のための多くの技術を開発しました。彼は、血管内の浸透圧を維持する上で重要な血漿中の血清アルブミン分画の分離に尽力しました。これは兵士の生存にとって極めて重要でした。
1953年、フランシス・クリックはロザリンド・フランクリン、ジェームズ・ワトソンと共にDNAの構造を解明し、それが2本の長い核酸ヌクレオチド鎖で構成されていることを示しました。この画期的な発見は、メセルソンとスタールの道を開き、彼らは1958年の実験でDNAの半保存的複製を実証し、大腸菌からDNAを単離するための密度勾配遠心分離法を開発しました。
核酸抽出技術
DNA抽出の4つの段階とは何ですか?
すべての抽出方法は、同じ基本的な手順に要約されます。
細胞破壊この段階は細胞溶解とも呼ばれ、細胞壁や細胞膜を破壊し、目的の核酸を含む細胞内液を放出します。
不要な残骸の除去。これには膜脂質、タンパク質、および下流のアプリケーションに干渉する可能性のあるその他の不要な核酸が含まれます。
分離。作成した清澄化された溶解液から目的の核酸を分離する方法はいくつかありますが、主に溶液ベースと固体状態の2つのカテゴリに分類されます（次のセクションを参照）。
濃縮。核酸は他のすべての汚染物質や希釈液から分離された後、高濃度の溶出液として提示されます。
2種類の抽出方法
核酸抽出には、溶液ベースの方法と固体ベースの方法の2種類があります。溶液ベースの方法は、化学物質を用いて細胞を分解し、核酸物質にアクセスするため、化学抽出法とも呼ばれます。フェノールやクロロホルムなどの有機化合物、あるいはプロテイナーゼKやシリカゲルなどの有害性が低く、より推奨される無機化合物のいずれかを使用します。
細胞を分解するためのさまざまな化学抽出方法の例は次のとおりです。
- 膜の浸透圧破裂
- 細胞壁の酵素消化
- 膜の可溶化
- 洗剤付き
- アルカリ処理
固体抽出法（機械的抽出法とも呼ばれる）は、DNAが固体基質と相互作用する仕組みを利用する方法です。DNAは結合するが分析対象物は結合しないビーズまたは分子を選択することで、DNAと分析対象物を分離することが可能です。固相抽出法の例として、シリカや磁性ビーズなどが挙げられます。
磁気ビーズ抽出の説明
磁気ビーズ抽出法
磁性ビーズを用いた抽出の可能性は、ホワイトヘッド研究所の研究機関のためにトレバー・ホーキンスが出願した米国特許において初めて認識されました。この特許は、磁性ビーズなどの固体支持担体に遺伝物質を結合させることで抽出できることを認めています。原理は、遺伝物質が結合する高度に機能化された磁性ビーズを使用し、サンプルを入れた容器の外側に磁力をかけることで、遺伝物質を上清から分離するというものです。
磁気ビーズ抽出を使用する理由
磁気ビーズ抽出技術は、迅速かつ効率的な抽出手順の可能性を秘めていることから、ますます普及が進んでいます。近年では、適切な緩衝液系を備えた高度に機能化された磁気ビーズが開発され、核酸抽出の自動化と、非常に省資源かつコスト効率の高いワークフローが可能になりました。また、磁気ビーズ抽出法では、長いDNA断片を切断する剪断力を引き起こす可能性のある遠心分離工程が不要です。つまり、長いDNA鎖が無傷のまま保持されることを意味します。これはゲノミクス検査において重要です。
投稿日時: 2022年11月25日