環境家禽生産サンプルで使用するための新しい半自動ハイブリッドDNA抽出法が開発され、全細菌群集の量的および質的推定値に関して、一般的な機械的および酵素的抽出方法よりも改善が実証されました。
方法論記事
環境家禽生産サンプルで使用するための新しい半自動ハイブリッドDNA抽出法が開発され、全細菌群集の量的および質的推定値に関して、一般的な機械的および酵素的抽出方法よりも改善が実証されました。
DNA抽出プロトコールの有効性が検討されて試料の種類とを行う下流の分析の両方のタイプに大きく依存することができる。新しい細菌群集解析技術( 例えば、microbiomics、メタゲノミクス)の使用は、農業と環境科学に普及してきており、これらの分野内の多くの環境試料は、物理化学的に及び微生物学的に一意であることができることを考えると( 例えば、糞便およびリットル/寝具サンプルから家禽生産スペクトル)、適切かつ効果的なDNA抽出法を慎重に選択する必要がある。したがって、新規な半自動ハイブリッドDNAの抽出方法は、環境家禽生産サンプルで使用するために開発された。機械的および酵素:この方法は、DNA抽出の2つの主要なタイプの組み合わせである。特に環境に関する用に製剤化ビーズビーティングを用いた2段階の強い機械的均質化工程(タルサンプル)、「ゴールドスタンダード」糞便サンプルは、サンプルマトリックスからの細菌およびDNAの除去を促進し、グラム陽性細菌のコミュニティのメンバーの回収率を向上させるための酵素DNA抽出方法の初めに添加した。ハイブリッド方式の酵素抽出部が開始された後、残りの精製プロセスは、サンプルのスループットを増大させ、試料処理エラーを減少させるために、ロボットワークステーションを使用して自動化した。定量的な(16S rRNAを定量PCRを用いて)および定性的を考慮した場合、厳格な機械的および酵素的DNA抽出法と比較して、この新規なハイブリッド方法は、(microbiomicsを使用して)最高の全体的な組み合わせの性能を提供し、総細菌群集の推定家禽の糞及びリターサンプルを処理する際に。
複雑な臨床サンプルや環境サンプルを分析する場合、DNAの抽出には主に2つの方法が使用されます。1つ目は、激しいビーズ叩きステップを使用してマトリックスを機械的に破壊することであり、2つ目は、マトリックスを酵素で破壊して細菌細胞を化学的に放出し、同時にマトリックスからPCR阻害剤を阻害することです。これら2種類の抽出方法の方法が異なることを考えると、適切なDNA抽出法がサンプルと分析の両方に大きく依存することが以前の研究で示されたことは驚くべきことではありません。これまでの比較DNA抽出研究では、環境サンプル1-3からのDNAの質と量の改善には、いくつかの方法がより適切であることが示されていましたが、他の方法では、変性勾配ゲル電気泳動(DGGE)4-6、末端制限断片長多型(T-RFLP)7、自動リボソーム遺伝子間スペーサー解析(ARISA)8、系統発生マイクロアレイ9などのコミュニティレベルの分析に改善が見られました.したがって、特に近年の細菌群集分析の進歩を考えると、環境サンプルの種類とそれらのサンプルに対して行われる分析の種類に応じて、適切なDNA抽出方法を使用または開発する必要があります。
次世代のシーケンシングは、より定量的なコミュニティ評価(例えば、定量的PCR(qPCR))と併せて、環境科学や臨床科学でより普及しつつありますが、これらのデータセットに対するDNA抽出法の効果を決定するための研究はほとんど行われていません。ほとんどのDNA抽出比較研究は、農業動物のサンプルではなく、ヒトまたはヒトモデルサンプル10,11からの微生物叢群集の推定値を扱っていました。家禽に焦点を当てた数少ない次世代シーケンシング研究は、特定のメタゲノム12,13またはマイクロバイオミクス14の問題を扱っていました。彼らは、得られたマイクロバイオミクス分析に対するDNA抽出法の影響については議論しませんでした。家禽の生産に関連する環境サンプル(糞便、トイレ砂/寝床、牧草地の土壌など)の複雑な性質を考慮すると、DNA抽出方法を慎重に選択する必要があります。家禽関連の環境サンプルには多数のPCR阻害剤が含まれていることが知られており、PCRおよびその後の下流分析15〜17には最大500倍のDNA抽出物希釈が必要とされている。したがって、DNA抽出法をこれらのタイプのサンプルに最適化することは、マトリックスを物理的に破壊するだけでなく、存在する多数の阻害剤を削減/排除できるようにするためにも不可欠です。
酵素抽出法であるQIAamp DNA Stool Mini Kitは、困難な腸/糞便サンプル1,18,19からDNAを抽出する際の「ゴールドスタンダード」と考えられており、家禽環境サンプル8,14にも成功裏に適用されています。独自のマトリックスを使用してPCR阻害剤を酵素的に除去することは、これらのタイプの環境サンプルにこの方法を使用する最大の利点の1つであり、自動化されたワークステーションを使用してスループットを大幅に向上させる(およびサンプル処理エラーを減らす)能力も同様です。主な欠点の1つは、細菌細胞を環境マトリックスから物理的に切り離すための機械的な均質化ステップがないことです。家禽由来ではない腸および糞便サンプルを検査する場合、DNA抽出プロトコル内にビーズビーキングまたは機械的破壊ステップを追加すると、抽出効率9、DNA収量/品質1,4,5が大幅に向上し、豊富さ、多様性、およびカバレッジ5,6,11の点でダウンストリームコミュニティ分析が大幅に改善されました。.これらの研究では、機械的ビーズビーディング法を「ゴールドスタンダード」酵素法と比較しただけでなく、酵素プロトコールに機械的ビーズビーディングステップを追加して結果を改善した研究もありました6,9,11。
上記の研究の結果によると、家禽関連の環境サンプルから細菌群集分析(定性的および定量的両方)を改善することができます。これは、酵素法に機械的な均質化ステップを追加することです。したがって、この研究の目標は2つありました:(1)機械的(強力な均質化ステップ)抽出方法と酵素的抽出方法(PCR阻害剤の除去と自動化)の両方の最も望ましい側面を利用する新しいDNA抽出技術を開発すること、および(2)この新しい方法の定量的(qPCR経由)および定性的(マイクロバイオミクス経由)細菌群集評価を代表的な機械的および酵素的方法と比較すること。
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環境家禽生産試料の1。機械的均質化
サンプルホモジネートからの阻害剤の2酵素阻害
注:このプロトコルはのQIAamp DNAスツールミニキットを使用しています。
QIAcubeロボットワークステーションを使用して3.自動DNA精製
注:プラスチック消耗品の数、遠心分離機内のサンプルローター·アダプターの配置、およびバッファ/ソリューションの必要なボリュームがNUMに依存している実行されているサンプルのBER。
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この研究では、新鮮な糞便糞とゴミサンプルは、米国南東部の商業ブロイラーハウス(〜25000羽)から回収した。ブロイラーは( セキショクヤケイ )コブ-500が交差した、と彼らはサンプリング時に59日齢であった。新鮮糞便及びリターサンプルは(冷却パッドの近くに、給水器/給電線の近くに、給水器/給電線との間に、排気ファンの近く)ハウス内の4つの領域から回収し、そしてこれらの領域の各々からのサンプルは、5つのプールされたが含まれていその領域内からのサンプル。家の4分野からのサンプルを抽出し、定量的/定性的サンプルタイプ(糞便またはリットル)に応じて別々に分析した。以下に示すデータは、両方の環境試料の種類の家全体の平均値を表す。
総16S rDNAの存在量、サンプル中に含まれる全細菌コミュニティの推定値は、以前に公開し使用して決定した以前に21を説明した。3の抽出方法の蛍光分析に基づいて、各抽出法(から回収された定量PCRプロトコル20エド 、そして値はDNAの量を使用して標準化した、 図1は ...
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使用したDNA抽出法の両方糞便やごみの試料について定量的および定性的全細菌コミュニティの見積もりを行うこと、試料を支持することは、以前に1,3,6見られるDNA抽出法の依存性を分析します。糞とゴミサンプルの両方のために、DNA抽出方法の性能の順序は、定量的(機械>ハイブリッド>酵素)と定性的な(酵素>ハイブリッド>機械)全細菌コミュニティの見積もりのために異なっていた。ハイブリッド法は、最も高い定量的または定性的な推定値を生成しなかったが、両方の場合において、ハイブリッド法は、それによって定性的および定量的な全体の最適な組み合わせを生成する、最高性能の抽出方法( 図1、表2)と統計的に類似した結果が得られた試験した3つの抽出方法の細菌群集の見積もり。これは、細菌のコミュニティプロフィールを留意すべきNE環境試料4,5,8,9,11,12、およびこれらの差動効果を使用してエスこの研究の結果に見られるように強く( 図2、表1)、DNA抽出法により行うことができ、他の以前の研究は、強くてもよい試験データの...
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著者らは開示するものは何もない。
著者は、サンプル取得の支援に対してLatoya WigginsとKatelyn Griffinに感謝し、サンプリングと分子分析におけるLaura Lee Rutherfordの支援に対しても感謝したいと思います。 また、アルゴンヌ国立研究所のSarah Owens氏にも、マイクロバイオーミクスサンプルの調製とシーケンシングについて感謝します。これらの調査は、農業研究サービス、USDA CRISプロジェクト「家禽加工システムにおける病原体削減および処理パラメータ」#6612-41420-017-00および「家禽における食品媒介病原体の特性評価のための分子的アプローチ」#6612-32000-059-00によって同様に支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Lysing Matrix Eチューブ | MPBio | 6914-050 | さまざまなサイズが利用可能で、猫の最後の3つの数字があります。いいえ。サイズを示します(-050 = 50チューブ、-200 = 200チューブ、-1000 = 1,000チューブ) |
| リン酸ナトリウム溶液 | MPBio | 6570-205 | 個別に購入することも、糞便用のFastDNAスピンキット(Cat.No. 116570200) |
| PLS バッファー | MPBio | 6570-201 | |
| バッファー ASL (560 ml) | Qiagen | 19082 | |
| FastPrep 24 ホモジナイザー | MPBio | 116004500 | 48 x 2 ml HiPrep アダプター (Cat.No.116002527)機械的均質化ステップ |
| QIAamp DNAスツールミニキット | Qiagen | 51504 | |
| QIAcube24 (110V) | Qiagen | 9001292 | 予備的な結果は、QIAcube HT(Cat.No.9001793)はスループットを向上させるために使用できますが、このマシンには異なる消耗品が必要であり、より多くの比較作業を行う必要があります。 |
| フィルターチップ、1,000 ml (1024) | Qiagen | 990352 | |
| フィルターチップ、200 ml (1024) | Qiagen | 990332 | |
| QIAcubeローターアダプター (10 x 24) | Qiagen | 990394 | ローターアダプターキットに含まれている1.5 mlの微量遠心チューブには、代替品があります。 Sarstedtマイクロチューブ1.5ml安全キャップ、Catです。No. 72.690 |
| サンプルチューブ RB (2 ml) | Qiagen | 990381 | 代替品: Eppendorf Safe-Lok マイクロ試験管, Cat.No. 022363352 |
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