מאמר שיטה

PCR דיגיטלי מבוסס שבב בצינור לכימות גרסאות נוקלאוטידים בודדים

8 ביולי 2025

במאמר זה

תקציר

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מקור: Kahyo, T., et al. בדיקת תגובת שרשרת פולימראז דיגיטלית עבור השונות הגנטית בחולה פוליפוזיס אדנומטי משפחתי ספורדי באמצעות פורמט שבב בתוך צינור. J. Vis. Exp. (2018).

סרטון זה מדגים את התועלת של PCR דיגיטלי בפורמט שבב בצינור לזיהוי וריאציות נוקלאוטידים בודדים בדגימות DNA. תגובת PCR יחידה מחולקת לחדרים הפועלים כתגובות PCR עצמאיות, וזיהוי אותות פלואורסצנטיים מהמטרות המוגברות בתאים משמש לחישוב תדירות האלל המשתנה בדגימה.

פרוטוקול

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. בקרת איכות של DNA גנומי

הערה: DNA גנומי (gDNA) הופק מדם היקפי באמצעות שיטת טיהור DNA מבוססת סיליקה מבוססת קרום סיליקה. לפני ההליכים הבאים, ריכוז gDNA נקבע באמצעות ספקטרופוטומטר.

  1. הכינו את דגימת ה-gDNA בריכוז של 10-100 ננוגרם/מיקרוליטר.
  2. הוסף 10 μL של מאגר דגימת DNA לרצועה של 8 צינורות.
  3. הוסף 1 μL של סולם DNA או gDNA לצינורות. מערבבים את התערובת במשך דקה אחת באמצעות חיבור microplate.
  4. טען את הצינור, מכשיר הג'ל וקצות פיפטה לתוך מכשיר האלקטרופורזה (טבלה של חומרים) והתחל את הריצה על ידי לחיצה על כפתור 'התחל'.
    הערה: מערכת האלקטרופורזה תפעל באופן אוטומטי בלחיצה אחת על כפתור התחל.
  5. ודא שהסמן התחתון הכלול במאגר דגימת ה- DNA מוקצה כראוי באלקטרופרוגרמות. אם הוא מוקצה באופן שגוי, הקצה ידנית את הסמן במצב 'Electroherogram' של התוכנה.
    הערה: מספר שלמות ה- DNA (DIN) יחושב באופן אוטומטי. ערך ה-DIN מגיע משלמות ה-DNA. ערכי DIN גבוהים ונמוכים מצביעים על gDNA תקין מאוד ופגום מאוד, בהתאמה.
  6. ציין את אזור הגודל של gDNA (> 200 bp) במצב 'אזור' של התוכנה כדי לחשב באופן אוטומטי את ריכוז gDNA (> 200 bp).

2. פריימר ועיצוב בדיקה

  1. חשב את ערכי טמפרטורת ההתכה (Tm) באמצעות כל כלי גישה פתוחה בתנאים הבאים: 10-25 בסיסים, 50 mM Na+/K+ , 0.80 mM dNTPs ו- 3 mM Mg2+ (רשימת חומרים). תכנן את הפריימרים קדימה ואחורה כדי להגביר את האזור הגנומי המכיל אללי מטרה עם ערךT m סביב 60 ° C ואורך אמפליקון ב 100-300 bp.
    הערה: עיין בטבלה 1 לריכוז אוליגונוקלאוטידים.
  2. תכנן את בדיקות חומצת הגרעין הנעולה (LNA) עבור אללי הייחוס והגרסאות בהתבסס על התנאים הבאים: (i) 1-6 LNA נמצאים בכל בדיקה; (2) צבע פלואורסצנטי ומרווה נמצאים ב-5 ו-3 אינץ' של כל בדיקה, בהתאמה; (iii) ההפרש בין ערכי Tm של הגשושיות התואמות והלא תואמות הוא > 10°C; (iv) ערכי Tm של הגשושיות התואמות והלא תואמות גבוהים ונמוכים מאלה של הפריימרים, בהתאמה [לדוגמה, פריימר קדמי: 60.8 °C, פריימר הפוך: 59.8 °C, בדיקת אלל ייחוס (תואם/לא תואם): 62.6/45.3 °C, בדיקת אלל משתנה (תואם/לא תואם): 61.7/50.5 °C]. ערכי Tm חושבו באמצעות כלי הגישה הפתוחה המשמש גם לשלב 2.1.
  3. ודא שהפריימרים והגשושיות המתוכננים אינם מקיפים את פולימורפיזמים הנוקלאוטידים הבודדים בתדירות של > 0.1% כפי שנקבע ממסדי נתונים [לדוגמה, מסד הנתונים של פולימורפיזם נוקלאוטיד יחיד (dbSNP)].

3. PCR דיגיטלי

  1. הכינו את הפריימרים, הגשושיות ותמיסות מלאי gDNA בריכוזים המתוארים בטבלה 1 עם מאגר TE ואחסנו אותם בטמפרטורה של -20–4°C.
  2. מערבבים את הריאגנטים בטמפרטורת החדר בנפח כולל של 15 μL לריכוז סופי כמתואר בטבלה 1.
    1. הוסף 3 μL של מים מזוקקים במקום gDNA בפקד ללא תבנית (NTC).
    2. הכינו פי 3.5 מכמות תערובת ה-PCR בשילוש כדי לקחת בחשבון את שגיאת הפיפט.
  3. פיפטה את תערובת PCR למעלה ולמטה כדי לערבב אותו.
  4. הגדר את פלטפורמת הטעינה על השבבים המובנים ברצועת 8 הצינורות, והגדר אותם על הטוען האוטומטי. ודא שיש מגע בין השבב לבין פלטפורמת הטעינה.
  5. הכנס מחוון טעינה על הרציף והחזק את המחוון עם הפקק מחוץ למטעין.
  6. פיפטה 15 μL של תערובת PCR על הפלטפורמה ליד קצה המחוון (איור 1A).
  7. הפעל את המטעין על ידי לחיצה על כפתור המטעין (למשך כדקה).
    הערה: זו לא בעיה אם כמות קטנה של תערובת PCR נשארת על הפלטפורמה. ניתן להפעיל מחדש ברצף את המטעין.
  8. מקמו את השבב בצינור המלא בתערובת PCR בחריץ הצדדי של משפר האיטום. דחפו את מכסה ההחלקה ואת קצה המכסה העליון כדי לא לשבור את השבב (איור 1B).
  9. הפעל את משפר האיטום (כ -2 דקות). הפעילו מחדש את משפר האיטום ברצף למשך דקה אחת אם שלולית נוזלים עדיין נראית לעין, מאחר שאיטום לא שלם גורם לזיהום צולב של האותות החיוביים (איורים 1C ו-1D).
  10. הוסף 230 μL של נוזל איטום, מגיב על בסיס שמן, לצינורות.
    הערה: השבבים צריכים כעת להיות שקועים בנוזל.
  11. הגדר את הצינורות במחזור התרמי. הפעל את המחזור התרמי כמתואר בטבלה 2 (למשך כשעתיים). כוונן את הטמפרטורה או את משך הזמן של PCR אם יש התפלגות לא אחידה של מחיצות חיוביות (איור 1E).
    הערה: מומלץ לכוון את קצב הרמפה לסביבות 1 ° C / s.
  12. השאר את הצינורות במחזור התרמי למשך 15 דקות לפחות כדי להפחית את הרעש הבסיסי.
    הערה: ניתן להשאיר את הצינורות גם למשך הלילה. אותות פלואורסצנטיים זוהו כבר למחרת.
  13. הניחו את הצינורות על ג'יג הגילוי ושפכו 6 מ"ל מים מזוקקים לתוך הג'יג. אם בועות אוויר נראות בתוך הצינוריות ומחוצה להן, נקו אותן (איורים 1F ו-1G).
  14. טען את הגלאי והפעל אותו בלחיצה על כפתור 'הפעלה' של התוכנה לאחר בחירת כרטיסיות Fluorescence, Experiment ו- Sample/NTC (Table of Materials).
    הערה: זיהוי הצבע הכפול של שמונה דגימות בעוצמת ברירת מחדל אורך כ- 4 עד 5 דקות.
  15. אשר את התוויית המיקום, ההיסטוגרמה והתוויית הפיזור הדו-ממדית.
    הערה: אם עוצמת הפלואורסצנטיות של המחיצות השליליות גבוהה, התאם את העוצמה בלחיצה על כפתור ההגדרות של התוכנה כך שהיא תיפול בטווח של 30-70.
  16. חשב את שבר האלל המשתנה (VAF) באמצעות הנוסחה הבאה:
    figure-protocol-1
    כאן, Cv ו- Cr הם מספרי ההעתק של הגרסה ואלל הייחוס, בהתאמה.
    הערה: הם מחושבים באופן אוטומטי בתוכנה בהתבסס על סטטיסטיקה פואסון.

4. איסוף מוצרי PCR

  1. מוציאים את נוזל האיטום מהשפופרת.
  2. הוסף 100 μL של חיץ TE לצינור. מערבלים במרץ במשך 30 שניות וצנטריפוגות קצרות את הצינור.
  3. מעבירים את תמיסת TE לצינור אחר ומוסיפים 30 μL של 3 M נתרן אצטט ו 200 μL אתנול.
  4. מצננים את התמיסה בטמפרטורה של -20°C למשך הלילה.
  5. צנטריפוגו את התמיסה למשך 30 דקות ב 16,000 x גרם ולהסיר את supernatant.
  6. הוסף 300 μL של 80% אתנול לצינור ולמערבולת.
  7. צנטריפוגו את התמיסה למשך 15 דקות ב 16,000 x גרם ולהסיר את supernatant. הניחו לשקע להתייבש באוויר למשך 5 דקות.
  8. יש להמיס את המשקע ב-1-5 μL של חיץ TE לאחר ייבוש באוויר.
  9. במידת הצורך, הערך את גודל המוצר באמצעות מכשיר אלקטרופורזה תוך התייחסות לשלב 1. טען 1 μL של התמיסה למכשיר הג'ל לרגישות גבוהה (טבלה של חומרים).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

figure-results-1
איור 1: נקודות לציון עבור בדיקת dPCR בפורמט שבב בצינור.(A) לוח זה מראה כיצד להגדיר את רצועת 8 הצינורות בטוען האוטומטי. (B) לוח זה מציג שבבים שבורים. (C) לוח זה מראה כיצד השבב משטח מיד לאחר (i) טעינה ו-(ii) איטום. (iii) שלולית נוזל נראית לעין במקרה של איטום לא שלם. (D) לוח זה מציג את תרשים המיקום במקרה של זיהום צולב. (E

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
לא הוכרז על ניגוד עניינים.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
ערכת מקסי דם QIAamp DNAקיאגן51194לפני פרוטוקול 1: מיצוי DNA גנומי
ננודרופ 1000תרמופישר סיינטיפיקND-8000לפני פרוטוקול 1: ספקטרופוטומטר
צינור בעל 8 רצועותאג'ילנט טכנולוגיות401428פרוטוקול 1
מאגר דגימות DNA גנומיאג'ילנט טכנולוגיות5067-5366פרוטוקול 1:
      רכיב של בדיקת קלטת מסך DNA גנומית
סולם DNAאג'ילנט טכנולוגיות5067-5366פרוטוקול 1:
      רכיב של בדיקת קלטת מסך DNA גנומית
MS3 בסיסי שייקר קטןאיקה3617000פרוטוקול 1: מערבל מערבולות
קלטת מסך DNA גנומיתאג'ילנט טכנולוגיות5067-5365פרוטוקול 1: מכשיר ג'ל
מערכת 2200 TapeStationאג'ילנט טכנולוגיותG2965AAפרוטוקול 1: מכשיר אלקטרופורזה
תוכנת ניתוח TapeStationאג'ילנט טכנולוגיותמצורף G2965AAפרוטוקול 1: תוכנת ניתוח
פריימרים של אוליגו DNAIDTהזמנה מותאמת אישיתפרוטוקול 2
בדיקות LNAIDTהזמנה מותאמת אישיתפרוטוקול 2
כלי תוכנהIDTאתר אינטרנט: http://biophysics.idtdna.com/פרוטוקול 2
מסד נתונים dbSNPNCBIאתר אינטרנט: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/פרוטוקול 2
מאגר TEתרמופישר סיינטיפיק12090015פרוטוקול 3
מים מזוקקים ללא DNase/RNaseתרמופישר סיינטיפיק10977015פרוטוקול 3 (טבלה 1)
Clarity Digital PCR Probe MastermixJN Medsys12013פרוטוקול 3 (טבלה 1): תערובת מאסטר 2xPCR
      רכיב של #10011
נוזל איטום בהירותJN Medsys12005פרוטוקול 3: נוזל איטום
      רכיב של #10011
פתרון Clarity JNJN Medsys12006פרוטוקול 3 (טבלה 1): פתרון 20xdPCR
      רכיב של #10011
רצועת צינור בהירותJN Medsys12007פרוטוקול 3: שבב בצינור
      רכיב של #10011
ערכת טעינה לדוגמה של ClarityJN Medsys12008פרוטוקול 3: פלטפורמת טעינה ומחוון
      רכיב של #10011
Clarity Auto LoaderJN Medsys11002פרוטוקול 3: טוען אוטומטי
      רכיב של #10001
משפר איטום בהירותJN Medsys11003פרוטוקול 3: משפר איטום
      רכיב של #10001
קורא בהירותJN Medsys11004פרוטוקול 3: קורא
      רכיב של #10001
Life Eco Thermal Cyclerביואר טכנולוג'יTC-96GHbCפרוטוקול 3: מחזור תרמי
תוכנת ClarityJN Medsysיחד עם #10001פרוטוקול 3: תוכנת ניתוח
סרט מסך D1000 בעל רגישות גבוההאג'ילנט טכנולוגיות5067-5584פרוטוקול 4: מכשיר ג'ל לרגישות גבוהה

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים