Giới thiệu
Chiết xuất axit nucleic là gì?
Theo cách hiểu đơn giản nhất, chiết xuất axit nucleic là quá trình loại bỏ RNA và/hoặc DNA khỏi mẫu và tất cả các phần dư thừa không cần thiết. Quá trình chiết xuất cô lập axit nucleic khỏi mẫu và tạo ra chúng dưới dạng dung dịch cô đặc, không chứa chất pha loãng và chất gây ô nhiễm có thể ảnh hưởng đến bất kỳ ứng dụng hạ lưu nào.
Ứng dụng của chiết xuất axit nucleic
Axit nucleic tinh khiết được sử dụng trong vô số ứng dụng khác nhau, trải dài trên nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Chăm sóc sức khỏe có lẽ là lĩnh vực được sử dụng nhiều nhất, với RNA và DNA tinh khiết cần thiết cho nhiều mục đích thử nghiệm khác nhau.
Ứng dụng của chiết xuất axit nucleic trong chăm sóc sức khỏe bao gồm:
- Giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS)
- Phân tích kiểu gen SNP dựa trên khuếch đại
- Phân tích kiểu gen dựa trên mảng
- Tiêu hóa bằng Enzym hạn chế
- Phân tích sử dụng Enzym sửa đổi (ví dụ: Ligation và Cloning)
Ngoài lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, còn có những lĩnh vực khác sử dụng phương pháp chiết xuất axit nucleic, bao gồm nhưng không giới hạn ở xét nghiệm quan hệ cha con, pháp y và nghiên cứu hệ gen.
Lịch sử tóm tắt về chiết xuất axit nucleic
Trích xuất DNAcó nguồn gốc từ một chặng đường dài, với lần đầu tiên được biết đến là cô lập được thực hiện bởi một bác sĩ người Thụy Sĩ tên là Friedrich Miescher vào năm 1869. Miescher hy vọng sẽ giải quyết được các nguyên tắc cơ bản của sự sống bằng cách xác định thành phần hóa học của tế bào. Sau khi thất bại với tế bào lympho, ông đã có thể thu được một chất kết tủa thô của DNA từ các tế bào bạch cầu tìm thấy trong mủ trên băng gạc đã bỏ đi. Ông đã làm điều này bằng cách thêm axit và sau đó là kiềm vào tế bào để rời khỏi tế bào chất của tế bào, và sau đó phát triển một giao thức để tách DNA khỏi các protein khác.
Tiếp theo nghiên cứu mang tính đột phá của Miescher, nhiều nhà khoa học khác đã tiếp tục tiến bộ và phát triển các kỹ thuật để cô lập và tinh chế DNA. Edwin Joseph Cohn, một nhà khoa học về protein đã phát triển nhiều kỹ thuật để tinh chế protein trong Thế chiến thứ II. Ông chịu trách nhiệm cô lập phần albumin huyết thanh của huyết tương, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì áp suất thẩm thấu trong mạch máu. Điều này rất quan trọng để giữ cho binh lính sống sót.
Năm 1953, Francis Crick, cùng với Rosalind Franklin và James Watson, đã xác định cấu trúc của DNA, cho thấy rằng nó được tạo thành từ hai sợi dài của các nucleotide axit nucleic. Khám phá đột phá này đã mở đường cho Meselson và Stahl, những người có thể phát triển một giao thức ly tâm mật độ gradient để phân lập DNA từ vi khuẩn E. Coli khi họ chứng minh sự sao chép bán bảo tồn của DNA trong thí nghiệm năm 1958 của họ.
Kỹ thuật chiết xuất axit nucleic
4 giai đoạn của quá trình trích xuất DNA là gì?
Tất cả các phương pháp chiết xuất đều có các bước cơ bản giống nhau.
Sự phá vỡ tế bào. Giai đoạn này, còn được gọi là phá vỡ tế bào, bao gồm việc phá vỡ thành tế bào và/hoặc màng tế bào, để giải phóng chất lỏng bên trong tế bào có chứa axit nucleic cần thiết.
Loại bỏ các mảnh vụn không mong muốn. Bao gồm lipid màng, protein và các axit nucleic không mong muốn khác có thể gây trở ngại cho các ứng dụng tiếp theo.
Cô lập. Có một số cách khác nhau để cô lập các axit nucleic quan tâm từ dịch phân hủy đã được làm sạch mà bạn tạo ra, bao gồm hai loại chính: dạng dung dịch hoặc dạng rắn (xem phần tiếp theo).
Cô đặc. Sau khi axit nucleic được phân lập khỏi tất cả các chất gây ô nhiễm và chất pha loãng khác, chúng được trình bày trong dung dịch rửa giải có nồng độ cao.
Hai loại chiết xuất
Có hai loại chiết xuất axit nucleic – phương pháp dựa trên dung dịch và phương pháp trạng thái rắn. Phương pháp dựa trên dung dịch còn được gọi là phương pháp chiết xuất hóa học, vì nó liên quan đến việc sử dụng hóa chất để phá vỡ tế bào và tiếp cận vật liệu nucleic. Phương pháp này có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ như phenol và chloroform, hoặc các hợp chất vô cơ ít gây hại hơn và do đó được khuyến nghị nhiều hơn như Proteinase K hoặc silica gel.
Ví dụ về các phương pháp chiết xuất hóa học khác nhau để phá vỡ tế bào bao gồm:
- Sự vỡ màng thẩm thấu
- Tiêu hóa thành tế bào bằng enzim
- Hòa tan màng
- Có chất tẩy rửa
- Có xử lý kiềm
Kỹ thuật trạng thái rắn, còn được gọi là phương pháp cơ học, liên quan đến việc khai thác cách DNA tương tác với chất nền rắn. Bằng cách chọn một hạt hoặc phân tử mà DNA sẽ liên kết nhưng chất phân tích thì không, có thể tách hai hạt này ra. Ví dụ về kỹ thuật chiết xuất pha rắn bao gồm sử dụng hạt silica và hạt từ tính.
Giải thích về chiết xuất hạt từ tính
Phương pháp chiết xuất hạt từ tính
Tiềm năng chiết xuất bằng hạt từ tính lần đầu tiên được công nhận trong một bằng sáng chế của Hoa Kỳ do Trevor Hawkins nộp cho viện nghiên cứu Whitehead Institute. Bằng sáng chế này thừa nhận rằng có thể chiết xuất vật liệu di truyền bằng cách liên kết chúng với một chất mang hỗ trợ rắn, có thể là một hạt từ tính. Nguyên tắc là bạn sử dụng một hạt từ tính có chức năng cao mà vật liệu di truyền sẽ liên kết vào, sau đó có thể tách ra khỏi phần chất lỏng nổi bằng cách tác dụng lực từ vào bên ngoài bình chứa mẫu.
Tại sao nên sử dụng phương pháp chiết xuất bằng hạt từ tính?
Công nghệ chiết xuất hạt từ đang ngày càng trở nên phổ biến, do tiềm năng của nó đối với các quy trình chiết xuất nhanh chóng và hiệu quả. Trong thời gian gần đây, đã có sự phát triển của các hạt từ có chức năng cao với các hệ thống đệm phù hợp, giúp tự động hóa quá trình chiết xuất axit nucleic và quy trình làm việc rất nhẹ về tài nguyên và hiệu quả về chi phí. Ngoài ra, các phương pháp chiết xuất hạt từ không liên quan đến các bước ly tâm có thể gây ra lực cắt phá vỡ các đoạn DNA dài hơn. Điều này có nghĩa là các sợi DNA dài hơn vẫn còn nguyên vẹn, điều này rất quan trọng trong xét nghiệm hệ gen.
Thời gian đăng: 25-11-2022