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核酸抽提的基础技巧和方法

时间:2016-05-09      阅读:712

1、核酸抽提原理 

简单地讲,核酸抽提包含样品的裂解和纯化两大步骤。裂解是使样品中的核酸游离在裂解体系中的过程,纯化则是使核酸与裂解体系中的其它成分,如蛋白质、盐及其它杂质*分离的过程。 

经典的裂解液几乎都含有去污剂(如SDS、Triton X-100、NP-40、Tween 20 等)和盐(如Tris、EDTA、NaCl 等)。盐的作用,除了提供一个合适的裂解环境(如Tris),还包括抑制样品中的核酸酶在裂解过程中对核酸的破坏(如EDTA)、维持核酸结构的稳定(如NaCl)等。去污剂则是通过使蛋白质变性,破坏膜结构及解开与核酸相连接的蛋白质,从而实现核酸游离在裂解体系中。裂解体系中还可能加入蛋白酶;利用蛋白酶将蛋白质消化成小的片段,促进核酸与蛋白质的分开,同时,也便于后面的纯化操作以及获得更纯的核酸。也有直接使用高浓度的蛋白质变性剂(如 GIT、GuHCl 等)裂解的,该方法已经成为了RNA 抽提的主流,却不是基因组DNA 抽提的主流。 

zui常用的纯化方法,一是PC 抽提+ 醇沉淀,二是介质纯化。*种方法是利用PC 对裂解体系进行反复抽提以去除蛋白质,实现核酸与蛋白质的分离;再用醇将核酸沉淀下来,实现核酸与盐的分离。第二种方法则是利用某些固项介质,在某些特定的条件下,选择性地吸附核酸,而不吸附蛋白质及盐的特点,实现核酸与蛋白质及盐的分离。高盐沉淀去除蛋白质是*种纯化方法的一个变体,省略了PC 操作的麻烦。当然,也有不纯化的抽提方法,但是用途多局限于简单的PCR。其它杂质-如多糖、多酚等的去除,基本上都是在这两种方法的基础上,通过增加一些特别的试剂,或者增加一些额外的步骤来实现的。 

2、裂解方法的评价 

含蛋白酶的裂解方法,仍然可以认为是抽提基因组DNA 的。裂解包括膜蛋白的游离和与基因组DNA 相连接的蛋白质的游离。蛋白酶的作用是使蛋白质变小,故而对蛋白质的游离有巨大的促进作用;同时,巨大的基因组DNA 是很容易“缠”住大分子的东西的,蛋白质被蛋白酶消化变小后,则不容易被基因组DNA“缠”住,有利于蛋白质在纯化操作中的去除,使zui终获得的基因组 DNA 的纯度更高。另外一个思路是,如果基因组DNA 与蛋白质“缠”在一起,在纯化的过程中有两种可能:如果基因组DNA 的特性占优势,则纯化时以DNA 的形式被保留下来,导致蛋白质的残留;如果蛋白质的特性占优势,则纯化时以蛋白质的形式被去除,导致DNA 的损失。另外,象有些样品,如肌肉,即使是RNA 抽提,也强烈建议使用含蛋白酶的裂解液,原因在于这些样品中的蛋白质,是非常难以去除的。 

高浓度蛋白质变性剂(如GIT、GuHCl 等) 的裂解方法,是抽提RNA 的。总RNA 的抽提,zui重要的是快速裂解细胞膜,至于与基因组DNA 相连接的蛋白质的裂解以及基因组与蛋白质“缠”住的问题,因为都不会对以后的纯化产生大的影响,可以不考虑。高浓度蛋白质变性剂能快速破坏细胞膜,并且能迅速抑制住细胞内的RNA 酶,从而确保了RNA 的完整性。除了极少量不适用该方法的样品-主要是植物,其它绝大部分样品的RNA 的抽提,都可以以高浓度的蛋白质变性剂为基础的。 

不使用蛋白酶的去污剂裂解方法,仍然在细胞基因组DNA 抽提方面有优势,尤其是当得率和纯度要求不是zui高,而经济性及操作简单很重要时。控制好裂解液/样品的比例是该方法成功的关键。该方法结合高盐沉淀,可以实现zui简单的操作,但纯度及得率的稳定性可能会比用PC 抽提的差一些。 

SDS 碱裂解法是质粒抽提的裂解方法,具有快速、得率高、几乎无基因组DNA 污染的特点。控制好裂解液/菌体的比例和操作的温和是该方法成功的关键。该方法不一定要使用PC 纯化,但结合PC 纯化,可以获得纯度很高的质粒。 

PCR 模板的简易裂解方法,也是使用面很广的一类方法。该方法的特点是无须纯化,样品被裂解后即可直接取裂解液用于PCR,非常快速。也正因为不纯化,所以,假阴性(即没有扩增出来的阳性)比例也比较高。该方法zui简单的裂解液就是水,复杂一点的就会含有一些不会抑制后续的PCR 反应,而且能提高裂解效率,甚至还可能部分消除样品内抑制PCR 反应杂质的东西,如Triton X-100、甲酰胺等。再复杂一点的就会含有诸如Chelex 100 之类的能吸附部分杂质的介质。操作也非常简单,多使用温度的变化来实现样品的裂解,如煮沸、或者高温-低温的多次循环等。该方法从一大堆样品中找出阳性样品,但却不适合用于判断某一个样品是否是阳性还是阴性。降低样品使用量可以提高阳性率,因为样品量的降低,同时意味着PCR 的抑制物量的降低。 

含CTAB 的裂解液,几乎成为富含多糖的样品,如细菌、植物的基因组DNA 抽提的裂解方法。该方法成功与否与两个因素有关:一是CTAB 的质量,二是洗涤的*程度。CTAB 的质量对裂解效率有很大的影响,而且,似乎还说不清楚原因,因为即使是同一公司生产的纯度一样的CTAB,批号不同,效果就可以差别很大。洗涤去除CTAB 要比其它的盐难一些,同时,CTAB 的少量残留也会对酶活性有巨大影响,所以洗涤是否*也是该方法成功与否的关键。

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