Essais numériques pour la quantification de l'acide nucléique (PCR numérique) 1-4 et la base afin (séquençage) sont fortement un impact sur les sciences de la vie et de la médecine. Dosages numériques offrent quantification des chiffres moléculaires sur une échelle absolue (pas par rapport à un contrôle), offrant une haute sensibilité, permettant des comparaisons faciles à travers des expériences, et, surtout, permettant la construction de grandes bases de données contenant des données comparables 5 (Tableau 1).
Au cours des 15 dernières années, toute amplification du génome (WGA) est apparu aux côtés de PCR comme un outil général pour l'amplification de l'acide nucléique. Comme PCR, WGA est utile pour les applications d'analyse et de préparation en amplifiant éléments de l'échantillon minute jusqu'à un niveau qui peut être facilement détecté ou utilisé pour des analyses ultérieures comme le séquençage de base. Contrairement à la PCR, WGA sont pas spécifiques à un locus d'ADN particulière, ce qui permet plutôt amplification de toutes les séquences de l'échantillon, y compris des séquences inconnues.Cette différence fondamentale entre PCR et WGA rend les méthodes complémentaires les uns aux autres et donnent lieu à des problèmes différents dans leur application.
Le rendement élevé de réactions WGA 6 permet l'amplification de routine de l'ADN génomique à partir de molécules simples 7, 8 cellules individuelles et d'autres échantillons à faible biomasse 9 pour la quantification ou une analyse plus approfondie. Les principaux défis associés à la chimie WGA sont son extrême sensibilité aux contaminants et l'amplification inégale entre les molécules de matrice individuelles 6. Popularité Cependant, WGA gagne que le séquençage cellule unique a émergé comme le "killer application" de la technologie de WGA 10, et le modèle quantification par WGA est important dans de nombreux domaines d'application 7.
Instrumentation pour la quantification d'acide nucléique numérique a été précédemment décrit dans une variété de valved et sans valve microfluidique forma11-14 ts, y compris les essais à base de gouttelettes 15,16 (tableau 2). Cependant, les systèmes microfluidiques commerciales pour l'analyse numérique nécessitent de l'équipement spécialisé pour la configuration de réaction et la détection de produits 17. Microfluidique valved personnalisée sont flexibles, mais nécessitent microfabrication de précision et des systèmes de contrôle pneumatiques 18. Alors qu'il est relativement simple de faire des micro-gouttelettes monodispersées pour des essais numériques à base d'émulsion 19,20, affichage numérique est techniquement lourde, nécessitant soit l'imagerie à grand champ à grande échelle (similaire aux technologies populaires de séquençage de prochaine génération) ou 21,22 haute vitesse d'écoulement à base de détection de gouttelette 23-25. Idéalement, une analyse numérique serait simple de mettre en place à la lecture, réduisant la nécessité d'une instrumentation complexe et permettant un grand nombre d'échantillons à lire rapidement. Nous décrivons ici une méthode simplifiée pour la lecture des tests de gouttelettes numériques qui utilise en temps réel classique PCR iNSTRUMENT pour mesurer la fluorescence en vrac de tests numériques de gouttelettes d'émulsion.
Alors que la nouvelle approche peut être appliquée à des tests de PCR numériques, il est particulièrement avantageux pour les dosages WGA numériques analogiques pour lesquels les tests d'amplification en temps réel (qui donnent d'excellents résultats pour la PCR) sont problématiques. WGA est généralement appliquée à des échantillons de molécules de matrice qui sont hétérogènes en séquence, la longueur et le contenu de la base. Ces différentes molécules de matrice sont amplifiés à des taux différents 6, ce qui nécessite l'utilisation d'une référence ("standard") avec des caractéristiques correspondant à l'échantillon. Souvent, de telles normes est disponible, ou les caractéristiques des échantillons entrants sont inconnus. L'hétérogénéité de la matière d'entrée et des biens dépendant de la longueur des chimies WGA 26 compliquent également l'interprétation des résultats par la création d'ambiguïté dans ce qui est quantifié - la masse d'entrée, le numéro d'entrée de molécules, une combinaison des deux, ou aucun des deux. Fnfin, la séquence de non-spécificité rend quantitative amplification par déplacement multiple (MDA) plus sensibles à la contamination que la PCR quantitative puisque les molécules contaminantes de toute séquence ont un potentiel d'interférer. Dosages numériques microfluidiques lutter contre la contamination en séparant les molécules de modèle et de la réduction des volumes de réaction de telle sorte que moins de contaminants sont échantillonnés.
Ici, nous utilisons une méthode WGA isotherme populaire, MDA 27. Fait à noter, plusieurs autres chimies WGA y compris PicoPlex et malbac 28 dépendent de façon cruciale sur les mesures initiales de déplacement isotherme de brins. Étapes isothermes exacerbent le défi de l'application de tests analogiques en temps réel pour WGA quantitative. WGA ne peut ni être entièrement évitée pendant l'installation, conduisant à indésirables pré-amplification variable, ni discrétisation ("cycling") dans une voie où la réplication de molécules hétérogènes peut être conduit à son terme et a cessé avant le prochain cycle comme PCR 11 (Figure 1). Un format numérique de dosage pour WGA accueille procédures typiques de configuration de réaction due à la ségrégation de chaque molécule pour le dénombrement au point final de dosage (sorte de pré-amplification n'a pas d'incidence sur les résultats) lecture originale signifie précision serait largement indépendante de la variation de l'efficacité d'amplification.
Le dosage dépend de gouttelettes produites dans l'huile avec des volumes uniformes, que le niveau du signal par gouttelette à l'extrémité de dosage dépendra du volume de gouttelettes, et nous ne voulons pas la cohérence des résultats de dépendre d'une moyenne à travers une distribution de tailles de gouttelettes. Faire gouttelettes monodispersées est maintenant une procédure standard (environ 3.500 documents de gouttelettes monodispersées ont été publiés depuis 2013), mais nécessite une instrumentation microfluidique 25. En fait, plus de six sociétés ont développé des produits commerciaux indépendants qui comptent sur la production de ces gouttelettes, et puces microfluidiques gouttelettes de décision sont23,29 disponible dans le commerce. Pour cette étude, nous avons utilisé des dispositifs microfluidiques personnalisé produites en interne (voir Protocole). Pompes seringue pour conduire l'écoulement à travers les dispositifs sont également disponibles dans le commerce, mais encore, peut être remplacé par une seule seringue jetable pour l'écoulement entraîné sous vide pour réduire les coûts 30.