פותחה שיטת מיצוי DNA היברידית אוטומטית למחצה לשימוש עם דגימות ייצור עופות סביבתיות והדגימה שיפורים על פני שיטת מיצוי מכנית ואנזימטית נפוצה מבחינת ההערכות הכמותיות והאיכותיות של כלל קהילות החיידקים.
מאמר שיטה
פותחה שיטת מיצוי DNA היברידית אוטומטית למחצה לשימוש עם דגימות ייצור עופות סביבתיות והדגימה שיפורים על פני שיטת מיצוי מכנית ואנזימטית נפוצה מבחינת ההערכות הכמותיות והאיכותיות של כלל קהילות החיידקים.
היעילות של פרוטוקולי מיצוי DNA יכולה להיות תלויה במידה רבה על שני הסוג של מדגם נחקר והסוגים של ניתוחים שבוצעו במורד הזרם. בהתחשב בכך שהשימוש בטכניקות חדשות ניתוח קהילת חיידקים (למשל, microbiomics, metagenomics) הופך נפוץ יותר במדעי החקלאות ואיכות הסביבה, ורבים דגימות סביבתיות בתוך דיסציפלינות אלה יכולים להיות physiochemically וmicrobiologically ייחודי (לדוגמא, צואה ודגימות חול / מצעים מ ספקטרום ייצור העופות), שיטות מיצוי DNA מתאימות ויעילות צריכה להיות שנבחרו בקפידה. לכן, שיטת מיצוי DNA ההיברידי אוטומטית-למחצה רומן פותחה במיוחד לשימוש עם דגימות ייצור עופות סביבתיים. שיטה זו היא שילוב של שני סוגים העיקריים של מיצוי DNA: מכאני והאנזימטית. צעד הומוגניזציה מכאנית אינטנסיבי דו-שלבים (באמצעות חרוז הכאה גיבש במיוחד עבור לסביבהדגימות טל) התווספה לתחילתה של השיטה "תקן זהב" האנזימטית מיצוי DNA לדגימות צואה כדי לשפר את ההסרה של חיידקים וDNA ממטריצת המדגם ולשפר את ההתאוששות של חברי קהילת חיידקים גראם-חיוביים. ברגע שחלק החילוץ האנזימטית של השיטה ההיברידית יזם, תהליך הטיהור שנותר היה אוטומטי באמצעות תחנת עבודה רובוטית כדי להגדיל את התפוקה ולהפחית מדגם מדגם שגיאת עיבוד. בהשוואה לשיטות מיצוי DNA המכנית והאנזימטית הקפדניות, השיטה ההיברידית הרומן הזה סיפק את הביצועים הטובים ביותר בשילוב כולל כאשר שוקלים כמותי (באמצעות 16S rRNA qPCR) ואיכותי (באמצעות microbiomics) ערכות של קהילות חיידקים הכוללת עת עיבוד צואת עופות ודגימות חול .
בעת ניתוח דגימות קליניות או סביבתיות מורכבות (למשל, צואה, קרקעות), ישנן שתי מתודולוגיות עיקריות המשמשות למיצוי DNA. הראשון הוא שיבוש מכני של המטריצה באמצעות צעד אינטנסיבי של הכאת חרוזים, ואילו השני הוא שיבוש אנזימטי של המטריצה לשחרור כימי של תאי חיידקים ועיכוב מעכבי PCR מהמטריצה בו זמנית. בהתחשב באמצעים השונים שבהם פועלים שני סוגים אלה של שיטות מיצוי, אין זה מפתיע שמחקרים קודמים הראו ששיטת מיצוי ה-DNA המתאימה תלויה מאוד בדגימה ובניתוח. מחקרי מיצוי DNA השוואתיים הראו בעבר כי שיטות מסוימות מתאימות יותר לשיפור איכות וכמות ה-DNA מדגימות סביבתיות1-3, בעוד שאחרות הראו שיפורים בניתוחים ברמת הקהילה כגון אלקטרופורזה של ג'ל שיפוע דנטורינג (DGGE)4-6, פולימורפיזם אורך שבר הגבלה סופית (T-RFLP)7, ניתוח מרווח בין-גני ריבוזומלי אוטומטי (ARISA)8 ומיקרו-מערכים פילוגנטיים9. לכן, יש להשתמש בשיטות מיצוי DNA מתאימות, או לפתח, בהתאם לסוגי הדגימות הסביבתיות וסוגי הניתוחים המבוצעים על דגימות אלה, במיוחד לאור ההתקדמות האחרונה בניתוחי קהילת החיידקים.
ריצוף הדור הבא, בשילוב עם הערכות קהילתיות כמותיות יותר (למשל, PCR כמותי (qPCR)), הופך נפוץ יותר במדעי הסביבה והקליניים, עם זאת, מעט מאוד מחקר בוצע כדי לקבוע את ההשפעה של שיטות מיצוי DNA על מערכי נתונים אלה. רוב מחקרי השוואת מיצוי ה-DNA עסקו בהערכות של קהילת המיקרוביום מדגימות מודל אנושי או אנושי10,11, ולא דגימות של בעלי חיים חקלאיים. מחקרי הריצוף המעטים של הדור הבא שהתמקדו בעופות עסקו בשאלות מטגנומיותספציפיות 12,13 או מיקרוביומיות14; הם לא דנו בהשפעת שיטת מיצוי ה-DNA על הניתוחים המיקרוביומיים שנוצרו. בהתחשב באופי המורכב של דגימות סביבתיות הקשורות לייצור עופות (למשל, צואה, פסולת/מצעים, אדמת מרעה), יש לבחור בקפידה שיטות מיצוי DNA. ידוע כי דגימות סביבתיות הקשורות לעופות מכילות מספר רב של מעכבי PCR ונדרשו דילולים של עד פי 500 של תמצית DNA עבור PCR וניתוח במורד הזרם15-17. לכן חיוני ששיטות מיצוי ה-DNA יהיו מותאמות לדגימות מסוג זה על מנת לא רק לשבש פיזית את המטריצה, אלא גם להיות מסוגלים להפחית/לחסל את המספר הגדול של המעכבים הקיימים.
ערכת המיני של צואה DNA QIAamp, שיטת מיצוי אנזימטית, נחשבה ל"תקן הזהב" בעת חילוץ DNA מדגימות מעיים/צואה קשות1,18,19 ויושמה בהצלחה על דגימות סביבתיות של עופות8,14. ההסרה האנזימטית של מעכבי PCR באמצעות מטריצה קניינית היא אחד היתרונות הגדולים ביותר של שימוש בשיטה זו עבור סוגים אלה של דגימות סביבתיות, כמו גם היכולת לשפר משמעותית את התפוקה (ולהפחית את שגיאת עיבוד הדגימות) באמצעות תחנות עבודה אוטומטיות. חסרון מרכזי אחד הוא היעדר שלב הומוגניזציה מכני לניתוק פיזי של תאי חיידקים מהמטריצה הסביבתית. בעת בדיקת דגימות מעיים וצואה ממקור שאינו עופות, תוספת של שלב הכאת חרוזים או שיבוש מכני בפרוטוקול מיצוי DNA הגדילה משמעותית את יעילות המיצוי9, תפוקה/איכות DNA1,4,5 ושיפרה משמעותית את ניתוחי הקהילה במורד הזרם במונחים של עושר, מגוון וכיסוי5,6,11. מחקרים אלה השוו לא רק שיטות הכאת חרוזים מכניות לשיטה האנזימטית "תקן הזהב", אלא חלקם הוסיפו גם את שלב הכאת החרוזים המכני לפרוטוקול האנזימטי כדי לשפר את התוצאות6,9,11.
על פי התוצאות מהמחקרים לעיל, ניתן לשפר את ניתוחי קהילת החיידקים (הן איכותיים והן כמותיים) מדגימות סביבתיות הקשורות לעופות באמצעות הוספת שלב הומוגניזציה מכני לשיטה האנזימטית. לכן, מטרת מחקר זה הייתה כפולה: (1) לפתח טכניקת מיצוי DNA חדשה המשתמשת בהיבטים הרצויים ביותר הן של שיטות המיצוי המכניות (שלב הומוגניזציה רב עוצמה) והן האנזימטיות (הסרת מעכבי PCR ואוטומציה) ו-(2) להשוות את ההערכות הכמותיות (באמצעות qPCR) והאיכותיות (באמצעות מיקרוביומיקה) של שיטה חדשה זו לשיטות מכניות ואנזימטיות מייצגות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. Homogenization מכאני של דוגמאות ייצור עופות הסביבה
2. אנזימתי עיכוב של המעכבים מhomogenates לדוגמא
הערה: פרוטוקול זה משתמש בערכת QIAamp DNA הצואה Mini.
3. אוטומטי DNA טיהור באמצעות QIAcube רובוטית Workstation
הערה: מספר מתכלה פלסטיק, ההסדר של מתאמי הרוטור מדגם בתוך צנטריפוגות, וכרכים הנדרשים ממאגרים / הפתרונות תלויים בnumבער של דגימות שמתנהלות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, גללי צואה טריים ודגימות חול שהתאוששו מבית מסחרי פטם (~ 25,000 ציפורים) בדרום-מערב ארה"ב. הפטמים (גאלוס גאלוס) היו קוב-500 חוצים, והם היו בני 59 ימים בזמן הדגימה. דגימות צואה וחול טריות היו התאוששו מארבעה אזורים שונים בתוך הבית (ליד קירור כרית, בקרבת קווי Waterer / המזין, בין שורות Waterer / מזין, וליד אוהדי פליטה), ודגימות מכל אחד מהתחומים הללו הכילו חמישה במאגר דגימות מתוך אזור זה. דוגמאות מארבעת תחומי הבית חולצו וכמותית / איכותי ניתחו בנפרד בהתאם לסוג מדגם (צו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטת מיצוי DNA משמשת בוצעה הערכות חיידקים כוללת כמותיים ואיכותיות הקהילה לשתי דגימות הצואה והמלטה, התומך במדגם מנתח טבע תלוי בשיטות מיצוי DNA ראה בעבר 1,3,6. עבור שני דגימות צואה והמלטה, סדר ביצועים של שיטות מיצוי DNA היה שונה עבור כמותית (מכאני> היברידי> אנזימתי) ו(> ההיברידית אנזימתי> מכאני) האיכותית הכוללת הערכות קהילת חיידקים. בעוד השיטה ההיברידית לא לייצר האומדנים כמותיים או איכותיים הגבוהים ביותר, בשני המקרים בשיטה ההיברידית הניבה תוצאות שהיו מבחינה סט...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המחברים מבקשים להודות ללטויה וויגינס וקטלין גריפין על סיועם ברכישת דגימות, כמו גם ללורה לי רתרפורד על סיועם בדגימה וניתוחים מולקולריים. אנו רוצים גם להודות לשרה אוונס מהמעבדה הלאומית ארגון על הכנת דגימות מיקרוביומיות וריצוף. מחקרים אלה נתמכו באופן שווה על ידי שירות המחקר החקלאי, פרויקטים של USDA CRIS "פרמטרים להפחתת פתוגנים ועיבוד במערכות עיבוד עופות" #6612-41420-017-00 ו"גישות מולקולריות לאפיון פתוגנים הנישאים במזון בעופות" #6612-32000-059-00.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Lysing Matrix E tube | MPBio | 6914-050 | גדלים שונים זמינים ושלושת המספרים האחרונים של החתול. לא. ציין גודל (-050 = 50 צינורות, -200 = 200 צינורות, -1000 = 1,000 צינורות) |
| תמיסת נתרן פוספט | MPBio | 6570-205 | ניתן לרכוש בנפרד, או להכיל גם בערכת הספין של FastDNA לצואה (Cat. מס' 116570200) |
| PLS Buffer | MPBio | 6570-201 | |
| Buffer ASL (560 מ"ל) | Qiagen | 19082 | |
| FastPrep 24 הומוגנייזר | MPBio | 116004500 | 48 x 2 מ"ל מתאם HiPrep (Cat. מס' 116002527) זמין לתפוקה כפולה של שלב הומוגניזציה מכנית |
| QIAamp DNA שרפרף מיני ערכת | Qiagen | 51504 | |
| QIAcube24 (110V) | Qiagen | 9001292 | תוצאות ראשוניות מראות כי QIAcube HT (Cat. מס' 9001793) יכול לשמש לשיפור התפוקה, אך נדרשים חומרים מתכלים שונים ממכונה זו ויש לבצע עבודה השוואתית יותר. |
| טיפים לפילטר, 1,000 מ"ל (1024) | Qiagen | 990352 | |
| 200 מ"ל (1024) | מתאמי רוטור Qiagen | 990332 | |
| QIAcube (10 x 24) | Qiagen | 990394 | עבור צינורות מיקרוצנטריפוגה של 1.5 מ"ל הכלולים בערכת מתאם הרוטור יש חלופה. זה Sarstedt Micro tube 1.5 מ"ל מכסה בטיחות, Cat. מס' 72.690 |
| מבחנות דגימה RB (2 מ"ל) | חלופה Qiagen | 990381 | : מבחנה מיקרו Eppendorf Safe-Lok, Cat. מס' 022363352 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה