سوف نوضح لكم اليوم كيفية تنقية الأحماض النووية من خميرة Saccharomyces cerevisiae، المعروفة أيضاً باسم خميرة الخباز. يمكن أن تشمل الأحماض النووية الحمض النووي DNA أو الحمض النووي الريبوزي RNA. وسيناقش هذا الفيديو عزل هذه الجزيئات من خلايا الخميرة باستخدام الفصل الطوري والكروماتوغرافيا.
على الرغم من وجود طرق عديدة ومختلفة لتنقية الأحماض النووية من الخميرة، إلا أن معظمها يشترك في الخطوات الأولية ذاتها.
يتم أولاً إكثار خلايا الخميرة عن طريق اختيار مستعمرة واحدة من طبق وزرعها في وسط YPD. ويجب تنمية الخليط طوال الليل عند 30 °C في حاضنة هزازة أو دوارة.
يجب حصاد خلايا الخميرة في مرحلة النمو اللوغاريتمي المتوسط لتحسين الإنتاجية. وعادة ما يكون للخميرة في مرحلة النمو اللوغاريتمي قيمة كثافة ضوئية أو "OD" تتراوح بين 0.5-1 عند قياسها بطول موجي 600 nm. وبمجرد وصول الخلايا إلى الكثافة الضوئية المناسبة، يتم طردها مركزياً لتشكيل كرة (pellet)، ثم إعادة تعليقها في محلول التحلل (lysis buffer) لفتح الخلايا.
أحد أصعب الجوانب في عزل الأحماض النووية من الخميرة هو تكسير جدرانها الخلوية القوية. ويمكن تدمير الجدران الخلوية باستخدام مزيج من التقنيات الإنزيمية والفيزيائية. ويؤدي تدمير الجدار الخلوي إلى تحويل الخميرة إلى خلايا كروية تسمى الجسيمات الكروية (spheroplasts)، والتي يمكن تحللها عبر تقنيات تحلل الخلايا القياسية.
عادة ما يتم تحلل الجسيمات الكروية باستخدام المنظفات الكيميائية مثل دوديسيل كبريتات الصوديوم أو SDS، والتي تعمل على تحلل الأغشية الخلوية. كما يمكن تجانس الخلايا؛ فعلى سبيل المثال، يمكن إضافة حبيبات زجاجية إلى الخلايا وتجنيسها عن طريق الرج الدوامي (vortexing). أو يمكن تكسير الجدران الخلوية باستخدام موجات صوتية عالية التردد، وذلك بواسطة جهاز سونيكاتور (sonicator)، للمساعدة في عملية التحلل.
وكما ذكرنا، فإن جميع إجراءات تنقية الأحماض النووية التي تُجرى على الخميرة ستتضمن خطوات متشابهة في التنمية والحصاد وتحلل خلايا الخميرة، ولكن بمجرد تحلل الخلايا، يمكن استخدام عدة طرق مختلفة لعزل الأحماض النووية. حيث يمكن تنقية الأحماض النووية من خلال الارتباط بالعمود (column binding) أو الفصل الطوري (phase separation).
يُعد الارتباط بعمود السيليكا أفضل طريقة لعزل DNA و RNA. حيث ترتبط الأحماض النووية بالعمود من خلال التبادل الأنيوني، ويمكن شطفها من العمود بمجرد فصلها عن المكونات الخلوية الأخرى.
يعتمد الفصل الطوري على مبدأ إمكانية استخدام محاليل ذات خصائص مختلفة لتنقية أو تركيز بروتينات أو أحماض نووية معينة بناءً على ذوبانيتها. وتؤدي إضافة الكلوروفورم إلى تقسيم ملاط المكونات الخلوية إلى طورين مختلفين: الطور المائي والطور العضوي. يحتوي الطور العضوي على البروتينات، بينما يحتوي الطور المائي على الأحماض النووية. ومن ثم يمكن ترسيب DNA من الطور العضوي بإضافة الإيثانول.
يمكن عزل الأحماض النووية من الخميرة باستخدام بروتوكول الربط بالعمود. أولاً، يتم تنمية الخلايا وحصادها عن طريق الطرد المركزي.
يتم إزالة السائل الطافي والتخلص منه، بينما يُعاد تعليق كتل الخلايا في محلول منظم يحتوي على إنزيمات، ثم تُرجج باستخدام جهاز الفورتيكس وتُحضن حتى يتم هضم جدران الخلايا. ويمكن التحقق من هضم جدار الخلية وتكوين الخلايا الكروية (spheroplasts) باستخدام المجهر عند تحسين المعالجة الإنزيمية. بعد هضم جدار الخلية، يُضاف محلول التحلل إلى الخلايا ثم يُرجج المزيج.
يجب طرد الخلايا المتحللة مركزياً لتنقية المزيج من الحطام الخلوي، مما يترك DNA والجسيمات الصغيرة والبروتينات الذائبة في السائل الطافي. ثم يُحمل السائل الطافي على عمود سيليكا، وتُترك الأحماض النووية للارتباط بعد إجراء عملية الطرد المركزي، والتي ستعمل على إزالة معظم الشوائب الذائبة.
تُجرى خطوات الغسل باستخدام الإيثانول أو محلول منظم عالي الملوحة لإزالة الشوائب المتبقية من الأحماض النووية المرتبطة. وفي النهاية، يتم استخلاص DNA أو RNA باستخدام الماء أو محلول منظم منخفض الملوحة. تأكد من استخدام محلول منظم أو ماء خالٍ من إنزيمات DNAse و RNAse.
تتعدد استخدامات الأحماض النووية المعزولة من الخميرة بناءً على الهدف التجريبي المحدد. إذ يمكن استخدام DNA المعزول من الخميرة في عدد من تقنيات البيولوجيا الجزيئية المختلفة، بما في ذلك: PCR، أو لطخة southern، أو الهضم باستخدام إنزيمات القطع.
يمكن تحديد التغيرات في التعبير الجيني من خلال عملية تُعرف باسم تحليل المصفوفات الدقيقة (microarray analysis)، والتي تستخدم مصفوفات جينية مثل هذه المصفوفة.
إذا كان لدينا مستنبتان من الخميرة، أحدهما معرض لبيروكسيد الهيدروجين والآخر كمجموعة ضابطة، فيمكن عزل mRNA من هذه المستنبتات وتهجينها على شرائح المصفوفات الدقيقة. ومن ثم يتم تحليل الشرائح وتحديد الجينات التي تأثرت بالإجهاد التأكسدي.
في هذا الفيديو، يستخدم الباحثون نظاماً روبوتياً لإعداد مكتبة من طفرات الخميرة على مستوى الجينوم، والتي تُستخدم لتقييم وظيفة الجينات. ونظراً لإدراج تسلسلات مصممة هندسياً، تُسمى الباركودات الجينية (genetic barcodes)، داخل الجينات، يمكن استخلاص DNA الجينومي من سلالات طافرة تتراوح من 4,000 إلى 6,000 فرد في آن واحد وإخضاعها لتحليل المصفوفات الدقيقة أو التسلسل. وبناءً على الوفرة النسبية لتسلسلات الباركود، يمكن تحديد مدى ملاءمة كل طفرة تحت ظروف تجريبية متعددة.
لقد شاهدتم للتو فيديو JoVE حول عزل الأحماض النووية من الخميرة. يجب أن تكونوا الآن على دراية بالجوانب الأساسية لتنقية الأحماض النووية، مثل كيفية تحضير خلايا الخميرة للتحلل وكيفية تنفيذ إجراءات الاستخلاص والعزل المختلفة. وكما هو الحال دائمًا، شكرًا للمشاهدة!
تتمثل إحدى المزايا العديدة لاستخدام الخميرة كنظام نموذجي في إمكانية تنقية كميات كبيرة من الجزيئات الحيوية الضخمة، بما في ذلك الأحماض النووية (DNA وRNA…
الفصول في هذا الفيديو
0:00
Overview
0:35
Principles Behind Separating Nucleic Acids from Yeast
3:33
Procedure for Isolating Nucleic Acids Using Column Binding
4:55
Applications
6:22
Summary
حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.