本方案的目的是标准化使用磁性颗粒处理器进行人类粪便样本采集和自动化脱氧核糖核酸提取的操作流程。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
方法文章
252 次观看
⸱
2026年9月11日
本方案的目的是标准化使用磁性颗粒处理器进行人类粪便样本采集和自动化脱氧核糖核酸提取的操作流程。
肠道微生物组测序已成为研究健康与疾病状态下微生物群落动态的重要方法。微生物组成的改变已被证实与多种生活方式和年龄相关疾病相关,包括糖尿病、白血病以及神经退行性疾病。由于不同微生物具有独特的生理特征和环境需求,标准化的粪便样本采集、运输和处理对于保持样本完整性并最大限度减少技术变异至关重要。分析前处理及脱氧核糖核酸(DNA)提取过程中引入的差异可能影响后续微生物组分析,并干扰数据解读。本方案旨在提供一种标准化的人类粪便样本采集及自动化DNA提取工作流程,使用MagMAX Microbiome Ultra核酸分离试剂盒(核酸提取试剂盒)和KingFisher Flex系统(自动化磁性颗粒处理器)。该工作流程将受控的样本处理与自动化核酸提取相结合,以减少人工操作带来的变异,提高操作一致性。本方案涵盖粪便样本的标准化采集、储存、制备、自动化提取以及从复杂粪便基质中回收核酸的全过程。代表性结果表明,成功提取了适用于下游应用的DNA,包括16S核糖体核糖核酸(rRNA)基因测序和宏基因组鸟枪法测序。该标准化工作流程支持可重复的样本处理,便于微生物组研究的规模扩展,并促进不同实验间更高程度的一致性。视频演示为实施标准化粪便样本处理和自动化核酸提取提供了实用指导,适用于肠道微生物组研究。
肠道微生物组是一个复杂的微生物生态系统,影响宿主的代谢、免疫和神经功能,并且与多种疾病的关系日益密切,包括代谢紊乱、帕金森病、癌症和神经退行性疾病1,2。它通过影响代谢、免疫功能、营养吸收以及对致病微生物的抵抗,在维持宿主生理功能中发挥重要作用3,4。可靠且可重复的微生物组测量对于将这些关联转化为机制性认识和临床应用至关重要。下一代测序(NGS)技术的进步极大地推动了我们对胃肠道内复杂微生物群落的理解。然而,分析前的变量,如粪便样本采集方法、储存条件、处理方式、运输过程以及脱氧核糖核酸(DNA)提取方法,可能选择性地改变微生物群落结构、DNA 产量和测序结果5,6。此类方法学上的不一致常常使不同研究之间的比较变得复杂。
在所有关键的分析前步骤中,DNA 提取是决定微生物组数据质量的最重要因素之一7,8。理想的提取方案应能在大量样本中持续提取出高质量、高分子量的 DNA,并将污染降至最低。自动化的核酸提取平台可提高实验的可重复性,减少人为操作误差,降低污染风险,并提升处理通量。这些自动化提取平台的性能在很大程度上取决于实验方案参数,包括样本均质化、珠磨条件、裂解化学试剂、孵育条件以及磁珠操作9,10。因此,建立一个将粪便样本统一采集与自动化 DNA 提取相结合的标准化操作流程,对于生成可靠且可重复的微生物组数据集至关重要。
本文介绍了一种标准化的人类粪便样本采集、处理及使用上述核酸提取试剂盒和自动化磁性颗粒处理器进行自动化DNA提取的工作流程。该方案强调对样本处理过程的严格控制、高效的机械和化学裂解、抑制物去除以及适用于下游应用的质量控制措施,这些下游应用包括16S核糖体核糖核酸(rRNA)基因扩增子测序、全基因组测序、定量聚合酶链式反应(PCR)以及鸟枪法宏基因组测序。视频演示为标准化粪便样本处理和自动化核酸提取提供了实用的操作指导,以支持可重复且可扩展的肠道微生物组研究。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本研究严格遵循 SKAN 研究基金会机构伦理委员会的指南,并已获得该委员会批准(批准号:SKAN/IEC/2025/04)。在采集样本前,已从所有参与者处获得书面知情同意书。
注意:所有试剂、耗材和设备均列于材料表中。
1. 组装粪便样本采集套件

图1.粪便样本采集套件的组成部件。
粪便样本采集套件包括一次性手套、无菌接粪器、带附着刮勺的无菌螺旋盖粪便采集管、贴有生物危害标识的可密封运输袋,以及提供给参与者的操作说明书,用于指导粪便样本的采集、处理、储存和运输。 请点击此处查看该图的放大版本。
2. 准备受试者以进行样本采集
3. 使用粪便采集器收集粪便样本
4. 粪便样本的保存与运输
5. 接收并记录样本
6. 准备培养皿
注意:在开始提取流程之前,需预先准备好所有培养板。所有涉及试剂和生物样本的操作步骤均须在洁净环境中进行,并穿戴适当的个人防护装备,包括实验服、手套和眼部防护用具。 图2 显示自动磁性颗粒处理器(图2A),平板加载位置(图2B),深孔板适配器(图2C),可与培养板兼容的离心机(图2D),珠击仪(图 2E),缓冲支撑(图2F),培养皿架(图2G),96孔珠板(图 2H),深孔板(图 2I)和洗脱板(图2J).

图 2.用于自动化粪便脱氧核糖核酸(DNA)提取的设备和耗材。
(A)自动化磁性颗粒处理仪。(B)自动化磁性颗粒处理仪内的板加载位置。(C)用于离心的深孔板适配器。(D)可兼容板的离心机。(E)珠磨式均质器。(F)珠击打过程中使用的缓冲支撑。(G)用于珠击打的深孔板支架(适配器)。(H)核酸提取试剂盒配套提供的96孔珠板。(I)96孔深孔板。(J)96孔洗脱板。请点击此处查看该图的放大版本。
7. 设置自动化磁性颗粒处理器
8. 进行样品裂解
9. 进行机械裂解(珠击裂解)
10. 进行裂解后处理
11. 准备结合珠混合物
12. 修改 MagMAX_Microbiome_Stool_Flex 仪器程序(修改后的提取程序)
| 步骤 | 操作 | 参数 |
| 1 | 结合 | 混匀;5 次收集循环;37°C |
| 2 | 收集磁珠 | 5 次磁力收集循环 |
| 3 | 洗涤 1 | 混匀 20 秒 × 3 次循环;37°C |
| 4 | 洗涤 2 | 混匀 20 秒 × 3 次循环;37°C |
| 5 | 洗涤 3 | 混匀 20 秒 × 2 次循环;37°C |
| 6 | 洗涤 4 | 混匀;1 次循环;37°C |
| 7 | 干燥 | 室温干燥 2 分钟 |
| 8 | 洗脱 | 75°C;6 次混匀循环;启用预加热 |
| 9 | 收集磁珠 | 3 次磁力收集循环 |
| 10 | 转移洗脱液 | 将纯化的核酸转移至洗脱板 |
表1:磁性颗粒处理器的自动化提取程序。
本表总结了自动化磁性颗粒处理器在脱氧核糖核酸(DNA)提取过程中执行的自动化提取程序。该程序包括核酸结合、磁珠收集、依次洗涤步骤、空气干燥、洗脱以及将纯化的DNA转移至洗脱板。各自动化步骤的操作参数均已列出。
13. 进行自动化核酸提取
| 板 | 位置 | 板类型 | 试剂 | 每孔体积 |
| 样本板 | 1 | 96深孔板 | 样本裂解液 + 结合珠混合液 | 920 µL |
| 洗涤板 1 | 2 | 96深孔板 | 洗涤缓冲液 | 1,000 µL |
| 洗涤板 2 | 3 | 96深孔板 | 洗涤缓冲液 | 1,000 µL |
| 洗涤板 3 | 4 | 96深孔板 | 80% 乙醇 | 1,000 µL |
| 洗涤板 4 | 5 | 96深孔板 | 80% 乙醇 | 1,000 µL |
| 洗脱板 | 6 | 96孔板 | 洗脱缓冲液 | 200 µL |
| 吸头梳板 | 7 | 标准深孔板 | 96深孔吸头梳 | N/A |
表2:自动核酸提取的板加载配置。
使用磁性颗粒处理仪进行自动DNA提取时的板加载位置、板类型、试剂及试剂体积。样本板包含样本裂解液与结合磁珠的混合物。N/A 表示未向移液头梳板中添加任何液体试剂。
14. 洗脱并储存核酸
15. 执行运行后清理
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
采用所述采集流程,成功收集了七名参与者的粪便样本,获得的样本质量充足且性状适宜,可用于后续处理。样本采集后于室温下保存。大多数样本表现出均匀的质地和颜色,符合适当的采集和储存条件;而少数样本在性状上存在轻微差异,可能反映了参与者之间的生物学变异。运输过程中未观察到可见污染或泄漏,所有样本均在采集套件验证的稳定性时间窗口内(室温下最长2年)完成处理,表明该采集流程具有良好的稳健性和可靠性(图1)。
使用自动化磁性颗粒处理器(图2A)、板加载配置(图2B)、深孔板适配器(图2C)、可兼容离心机的板架(图2D)、珠磨仪(图2E)、缓冲支撑装置(图2F)、板架固定器(
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文所述方案为用于微生物组研究的人类粪便样本采集和自动化DNA提取提供了标准化的工作流程。关键步骤包括从粪便的多个区域进行代表性取样、与稳定缓冲液充分均质化、在推荐条件下正确储存和运输、高效的机械裂解,以及在自动化提取过程中的谨慎操作。严格遵循这些步骤可最大限度地减少技术变异,并支持可重复的DNA回收。先前的研究同样指出,样本采集、储存条件、均质化处理和DNA提取是微生物组分析中变异的主要来源,并强调了标准化工作流程对获得可重复结果的重要性5,6,7,8。代表性结果表明,样本采集成功,无可见污染或泄漏现象,且所有测试样本均实现了可测量的DNA回收。
多种操作因素可能影响DNA的回收率,在实施过程中应予以考虑。机械或化学裂解不充分、均质化不完全、核酸结合效率低下,或在转移和洗涤步骤中发生样本损失,均可能导致DNA得率降低。粪便样本...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明不存在任何竞争性的经济或非经济利益。
我们衷心感谢印度 SKAN 研究基金会提供资源和协作环境,使本工作得以完成。同时感谢 Anushree Kogje 博士在事实核查和编辑支持方面提供的帮助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 80% 乙醇(由纯乙醇配制) | Merck | ET00161000 | 按照方案所述,使用纯乙醇新鲜配制。 |
| 吸水材料 | Kimtech | 34256 | 包含在运输袋中。 |
| 粘性板密封膜 | Applied Biosystems | 4306311 | MicroAmp 透明粘性膜。 |
| 自动化磁性颗粒处理器(配备 96 孔深孔头的 KingFisher Flex 纯化系统) | Thermo Fisher Scientific | 5400630 | 自动化核酸提取系统。 |
| 带生物危害标识的可密封运输袋 | Zymo Research | R1180 | 用于样本运输的防漏运输袋。 |
| BindIt 软件 | Thermo Fisher Scientific | 5189009 | 用于修改和传输自动化提取程序的软件。 |
| 带附着刮勺的收集管(30–50 mL) | Zymo Research | R1180 | 无菌螺旋盖收集管。 |
| 缓冲支撑材料 | QIAGEN | 69984 | TissueLyser 适配器组(珠击破碎过程中用作缓冲支撑)。 |
| 深孔板(96 孔) | Thermo Fisher Scientific | 95040460 | KingFisher 96 孔深孔板。 |
| 一次性手套 | Zymo Research | R1180 | 推荐使用无粉手套。 |
| 洗脱缓冲液 | Applied Biosystems | A42357 | 随 MagMAX Microbiome Ultra 核酸分离试剂盒提供。 |
| 粪便采集器 | Zymo Research | R1180 | 无菌采集装置。 |
| 加热模块(96 孔深孔) | Thermo Fisher Scientific | 随仪器提供 | KingFisher Flex 纯化系统的组件。 |
| 实验服 | 本地供应商 | N/A | 个人防护装备。 |
| 裂解缓冲液 | Applied Biosystems | A42357 | 随 MagMAX Microbiome Ultra 核酸分离试剂盒提供。 |
| 磁珠 | Applied Biosystems | A42357 | 随 MagMAX Microbiome Ultra 核酸分离试剂盒提供。 |
| 磁头(96 孔深孔) | Thermo Fisher Scientific | 随 5400630 提供 | 随 KingFisher Flex 系统提供的 96 孔深孔磁头。 |
| 磁力架(96 孔) | Thermo Fisher Scientific | 12332D | 仅在观察到磁珠残留时需要。 |
| 多通道移液器 | Eppendorf | 3125000052 | 兼容 96 孔板。 |
| NanoDrop 分光光度计 | Thermo Fisher Scientific | ND-ONE-W | 用于测定 A260/280 和 A260/230 比值。 |
| 核酸结合缓冲液 | Applied Biosystems | A42357 | 随 MagMAX Microbiome Ultra 核酸分离试剂盒提供。 |
| 永久性记号笔 | Sharpie | 3002 | 也可使用预印标签。 |
| 移液器吸头,无菌过滤(10 µL) | Tarsons | 528100 | 无菌带刻度滤芯吸头。 |
| 移液器吸头,无菌过滤(200 µL) | Tarsons | 528104 | 无菌带刻度滤芯吸头。 |
| 移液器吸头,无菌过滤(1,000 µL) | Tarsons | 529106 | 无菌滤芯吸头;根据方案指示剪裁以制备宽口吸头。 |
| 离心机用板适配器 | Eppendorf | 5820710004 | 转子 A-2-DWP-AT 深孔板适配器。 |
| 兼容板的离心机 | Eppendorf | 5810 | 兼容 Rotor A-2-DWP-AT 适配器。 |
| 珠击破碎用板架 | QIAGEN | 69984 | TissueLyser 适配器组 2 × 96。 |
| 预印标签(可选) | Brady | BBP12 | 替代永久性记号笔。 |
| Qubit dsDNA HS 检测试剂盒 | Thermo Fisher Scientific | Q33231 | 用于 DNA 定量的荧光检测法。 |
| Qubit 荧光计 | Thermo Fisher Scientific | Q33327 | 用于荧光法定量 DNA 的仪器。 |
| 试剂储液槽 | Thermo Fisher Scientific | 8093 | Matrix 试剂储液槽。 |
| 样本稳定缓冲液 | Zymo Research | R1180 | DNA/RNA Shield 粪便采集试剂盒。 |
| 无菌锥形管 | HiMedia | TCP106H | 用于配制结合磁珠混合液。 |
| TissueLyser III 珠磨均质器 | QIAGEN | 9003240 | 机械裂解仪器。 |
| 移液头梳板 | Thermo Fisher Scientific | 97002534 | KingFisher 96 孔移液头梳,用于深孔磁铁。 |
| 洗涤缓冲液 | Applied Biosystems | A42357 | 随 MagMAX Microbiome Ultra 核酸分离试剂盒提供。 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文已发表
视频即将推出