Станции выделения нуклеиновых кислот и белков

06.06.2024

Выделение нуклеиновых кислот (далее — НК) и белков — это основной этап в молекулярной биологии и генетике, используемый для проведения различных анализов, таких как ПЦР, секвенирование, клонирование и генетические тесты. Реализовать данную методику возможно как вручную, выполняя серию шагов (лизис клеток, удаление примесей и концентрацию целевых молекул) с использованием специальной реагентики или наборов для выделения и очистки ДНК, РНК и белков), так и используя автоматические станции выделения НК и белков.

Ручной метод является трудоемким, подверженным ошибкам и требующим значительных ресурсов времени процессом. Традиционным методом выделения НК является фенол-хлороформный метод, основанный на разделении компонентов клеточного материала на органическую и водную фазы с помощью фенола и хлороформа. Фенол хорошо денатурирует белки в присутствии протеиназы К. Таким образом, при добавлении хлороформа и изоамилового спирта после центрифугирования формируется две фазы: водная (содержащая нуклеиновые кислоты) и органическая (содержащая липиды и жиры). Изоамиловый спирт хорошо удаляет остатки фенола. Этот метод позволяет получать образцы НК высокого качества и часто используется в лабораториях. Его преимущества включают относительную простоту выполнения, низкую стоимость, без использования специализированного оборудования и способность выделения с помощью него как ДНК, так и РНК из различных типов образцов. Однако этот метод требует аккуратной работы с опасными химическими веществами, а также может быть более трудоемким и времязатратным по сравнению с современными методами выделения. Фенол-хлороформный метод экстракции требует дополнительной очистки ДНК от белковых примесей.

Рис.1. Схема выделения ДНК фенол-хлороформной экстракцией.

В последние годы автоматические станции выделения НК и белков стали все более популярными благодаря своей способности выполнять упомянутые выше шаги точно и эффективно, сокращая время и трудозатраты. Эти станции предназначены для выполнения точных и повторяемых процедур, что позволяет исследователям минимизировать возможные ошибки и обеспечить сходимость результатов.

Автоматические станции выделения НК и белков находят применение в широком спектре исследовательских областей, включая генетику, медицину, фармакологию, сельское хозяйство, где точная и эффективная экстракция молекул — ключевой шаг для дальнейших исследований.

Автоматические станции для выделения НК и белков используют для экстракции нуклеиновых кислот и белков из различных биоматериалов: цельной крови, бактериальных клеток, тканей. Эти станции могут выполнять весь процесс автоматически, работая на основе запрограммированных алгоритмов.

Стадии работ, выполняемых автоматическими станциями выделения НК и белков

Подготовка образцов. Образцы вводятся в станцию, где предварительно обрабатываются для удаления нежелательных компонентов.
Лизис. Образцы лизируются с целью высвобождения НК или белков.
Сорбция. НК и белки связываются с определенными сорбентами (кремнеземные или магнитные частицы) с целью упрощения их отделения от других компонентов образца.
Промывание. Несвязанные вещества смываются с сорбента промывочными буферами.
Элюция. Нуклеиновые кислоты и белки высвобождаются из сорбента с помощью специальных буферов и собираются в чистые пробирки.
Автоматизация. Станции управляются ПО, которое контролирует каждый этап процесса, включая температуру, скорость перемешивания, объем реагентов и время инкубации.

Существует два основных распространенных метода выделения НК — с использованием:

В случае ручного способа выделения, магнитные частицы, покрытые специфическими лигандами, связываются с целевыми молекулами в образце, промываются и собираются с помощью магнитного сепаратора. Магнитное поле притягивает комплекс нуклеиновых кислот с магнитными частицами, при этом позволяя разделить их от остальных компонентов образца. Затем магнитные частицы с нуклеиновыми кислотами могут быть отделены от раствора, а кислоты могут быть выделены из магнитных частиц с помощью различных методов, таких как изменение pH или смена состава буфера. Этот метод позволяет быстро и эффективно изолировать нуклеиновые кислоты из различных образцов, минимизируя контаминацию и обеспечивая высокую чистоту экстрагированных кислот. Данный метод легко автоматизируется и позволяет обрабатывать большие объемы образцов.

Рис.2. Схема экстракции НК методом магнитной сепарации.

Метод выделения спин-колонками основывается на том, что образец смешивается со специальной пористой матрицей в колонке. Целевые молекулы адсорбируются на матрице, а затем нецелевые компоненты промываются. После этого целевые молекулы элюируются с помощью специального буфера, который изменяет условия связывания молекул с матрицей. Преимущество этого метода заключается в его относительной простоте и скорости: после добавления образца и проведения нескольких шагов подачи растворов и центрифугирования, нуклеиновые кислоты эффективно удерживаются на колонке, в то время как другие компоненты образца проходят сквозь нее. Это позволяет легко и быстро извлекать чистые нуклеиновые кислоты с высокой чистотой и качеством, минимизируя потери и контаминацию. Кроме того, метод на спин-колонках легко масштабируется для обработки больших объемов образцов, что делает его идеальным для широкого спектра исследовательских задач в молекулярной биологии и генетике.

Рис.3. Схема выделения НК с использованием спин-колонок.

Автоматические станции выделения НК и белков работают по этим двум принципам. Все этапы происходят автоматически.

Станции, работающие по колоночному методу, используют в сочетании с центрифугой.
В течение одного цикла станции позволяют параллельно обработать несколько образцов. Это существенно увеличивает пропускную способность и ускоряет процесс. Автоматизированный процесс обеспечивает точность и повторяемость результатов.
Удобство использования заключается в том, что пользователь может установить программу и дать начальное задание, после чего оборудование работает самостоятельно.

Преимущество станций на магнитных частицах заключается в их способности обрабатывать большие объемы образцов до 10 мл и обеспечивать высокий поток образцов по сравнению с колоночным методом.

Преимущества автоматических станций, работающих по принципу магнитной сепарации

Минимизация риска контаминации: автоматизация сводит к минимуму ручное вмешательство, снижая риск загрязнения образцов.

Высокая пропускная способность станций на магнитных частицах. Это позволяет быстрее и эффективнее обрабатывать большое количество образцов за короткий промежуток времени. Эти системы могут легко масштабироваться для обработки больших объемов образцов, что делает их идеальным решением для высокопроизводительных лабораторий или клинических центров, где требуется обработка сотен или даже тысяч образцов в день.

Таким образом, использование станций на магнитных частицах позволяет обрабатывать большие объемы образцов и обеспечивать высокий поток образцов, что делает их предпочтительным выбором для лабораторий и клинических учреждений, где требуется быстрая и эффективная обработка большого количества образцов.

Следует обратить внимание, что автоматические станции выделения НК и белков различаются по конструкции.

Линейные станции представляют собой системы, в которых образцы перемещаются линейно от одной рабочей станции к другой.
Карусельные станции также известны как "поворотные" или "переменные" станции. Их функционирование основано на перемещении образцов между разными рабочими станциями путем вращения по круговой платформе.

Карусельный тип станций компактен и является идеальным выбором для лабораторий с ограниченным пространством и малыми объемами образцов.

Критерии для выбора автоматических станций для выделения НК и белков:

метод экстракции ДНК — магнитные частицы или колоночный (спин-колонки) метод;
количество головок дозирования — 1 или 2;
тип дозирующих головок — 1,8, 96- или 384-канальная;
дозирующий диапазон, мкл — 0,5 - 5000;
число рабочих позиций — от 1-ой до 24-х позиций.
расходные материалы (пластик) – открытого или закрытого типа.

Выбор метода определяет комплектацию станции: магнитный штатив, либо штатив под спин-колонки. Управление автоматической станцией обеспечивается с помощью бортового программного обеспечения, либо — внешнего компьютера.

Автоматизированные станции выделения НК GenePure Pro и Auto-Pure, разработанные на использовании технологии сорбции НК магнитными частицами гарантируют максимальную эффективность экстракции НК.

Станции выделения НК GenePure Pro, Bioer

Удобный интерфейс встроенного программного обеспечения, который управляется с помощью сенсорного дисплея, широкий выбор предустановленных протоколов, возможность создания собственных протоколов пользователей, интегрированный термоблок (до +120 °С) и уникальная технологии 3D-встряхивания обеспечивают максимальный выход НК без примесей из различных образцов. Благодаря встроенному УФ-блоку происходит обеззараживание внутренней поверхности станции и предотвращение перекрестного заражения.

GenePure Pro опционально оснащаются сканером штрих-кодов, что позволит избежать ошибок пользователя при подготовке проб.

Существует 3 модели, отличающиеся производительностью и объемами образцов, способны закрыть потребности лабораторий как со средним, так и с большим потоком образцов. Станции являются открытыми для использования реагентов сторонних производителей.