私たちは、単純化された(アナログ)読み出しで核酸を定量するためのエンドポイントデジタルアッセイについて説明します。液滴ベースのデジタルアッセイのバルク蛍光は、特殊な装置ではなく標準的なqPCR装置を使用して測定し、顕微鏡で結果を確認します。
私たちは、単純化された(アナログ)読み出しで核酸を定量するためのエンドポイントデジタルアッセイについて説明します。液滴ベースのデジタルアッセイのバルク蛍光は、特殊な装置ではなく標準的なqPCR装置を使用して測定し、顕微鏡で結果を確認します。
デジタルアッセイは、稀な細胞と個々の核酸分子の計数の検出を可能にする強力な方法です。しかし、デジタルアッセイはまだ日常的に市販されている方法に関連するコストや特定の機器に起因適用されません。ここでは、液滴ベースのデジタルアッセイの大部分の蛍光を測定するために、従来のリアルタイムPCR機器を使用してデジタル液滴アッセイの読み出しのための簡略化された方法を提示します。
私たちは、合成液滴の混合物と液滴デジタル複数置換増幅(MDA)アッセイを使用してバルク読み取りアッセイの性能を特徴づけます。デジタル反応形式から定量的なMDAは特に利点が、私たちの新しい方法は、任意のデジタルアッセイに適用されます。デジタルPCRのような確立されたデジタルのアッセイプロトコールについては、この方法は、スピードアップとアッセイ読み取りを単純化するのに役立ちます。
我々のバルク読み出し方法はpartitioneの利点をもたらします専門の読み出し計測を必要とせずにDアッセイ。この規格の要件は、従来のリアルタイム実験のためのより少ない厳しいですがバルク読み出し方法論の主な制限は、液滴カウントプラットフォームおよび標準試料を必要と比べてダイナミックレンジが減少しています。定量的な全ゲノム増幅(WGA)をWGA反応中の汚染物質について試験するために使用され、医薬品の品質管理及び宇宙生物学を含む多様な応用分野における方法大きな期待を与え、未知の配列を有するDNA断片の存在を検出するための最も感度の高い方法です。
核酸定量化(デジタルPCR)1-4とベース順(シークエンシング)のためのデジタルアッセイが強く生命科学や医学に影響を与えています。デジタルアッセイは、高感度を提供する実験全体に容易な比較を可能にし、決定的に、比較可能なデータ5( 表1)を含む大規模なデータベースの構築を可能にする、絶対的なスケール(対照と比較していない)上の分子数の定量化を提供します。
過去15年間で、全ゲノム増幅(WGA)は、核酸増幅のための一般的なツールとして、PCRと一緒に登場しました。 PCRと同様に、WGAは、容易に検出または塩基配列のようなその後の分析のために使用することができるレベルまでの分のサンプル要素を増幅することによって、分析および分取用途に有用です。 PCRとは異なり、WGAはむしろ未知の配列を含む、サンプル中のすべての配列の増幅を可能に、特定のDNA座に固有のものではありません。PCRとWGAとの間のこの根本的な違いは、互いに相補の方法を行い、そのアプリケーション内の別の課題が生じます。
WGA反応6の高収量は、単一分子7、単セル8および定量またはさらなる分析のために他の低バイオマスサンプル9からのゲノムDNAの日常的な増幅を可能にします。 WGAの化学的性質に関連する主要な課題は、その汚染物質に対する極端な感度、個々のテンプレート分子6全体で不均一に増幅しています。 WGAによってWGA技術10の「キラーアプリケーション」、およびテンプレートの定量化は、アプリケーション7の多くの分野で重要であるように、単一のセルの順序が浮上しているようしかし、WGAが人気を集めています。
デジタル核酸定量化のための計測は、以前バルブ付きとバルブレスマイクロ流体フォーマのさまざまに記載されています小滴ベースのアッセイを含むTS 11-14、15,16( 表2)。しかし、デジタル解析用の市販のマイクロ流体システムは、反応のセットアップと製品の検出に特化した17の機器を必要とします。カスタムバルブ付きマイクロフルイディクスは、柔軟であるが、高精度の微細加工と空気圧制御システム18が必要です 。それは、エマルジ ョンベースのデジタルアッセイ19,20のために単分散の微小液滴を作ることは比較的簡単であるが、デジタル読み出しは、(人気の次世代配列決定技術に類似)のいずれかの大規模な広視野イメージング21,22を必要とする 、技術的に厄介であるか、または高速フローベースの滴検出23-25。理想的には、デジタル分析は、複雑な器具類の必要性を低減し、多数のサンプルを迅速に読み出すことができるように、読み出しにセットアップから簡単になります。ここでは、従来のリアルタイムPCR Iを使用してデジタル液滴アッセイの読み出しのための簡略化された方法を説明しますnstrumentは、液滴ベースのデジタルアッセイの大部分の蛍光を測定しました。
新しいアプローチは、デジタルPCRアッセイに適用することができるが、それは、(PCRのための優れた結果を与える)問題とリアルタイム増幅アッセイアナログれるデジタルWGAアッセイに特に有利です。 WGAは、一般的に、配列、長さ、及びベース含有量の不均一であるテンプレート分子にサンプルに適用されます。これらの異なる鋳型分子は、整合特性を有する参照(「標準」)のサンプルの使用を必要とする、異なる速度6で増幅されています。多くの場合、そのような標準が利用できない、または入ってくるサンプルの特性は不明です。入力された質量、分子の入力番号、2つ、またはいずれの組み合わせを-入力された材料の不均一性及びWGA化学の長さに依存する特性26はまた、定量化されているもので曖昧さを作成することによって、結果の解釈を複雑にします。 F任意の配列の汚染物質の分子が妨害する可能性があるためinally、配列非特異性は、定量的PCRよりも汚染に敏感定量的な複数置換増幅(MDA)をレンダリングします。マイクロ流体デジタルアッセイは、鋳型分子を分離し、より少ない汚染物質がサンプリングされるように、反応体積を減らすことによって、汚染に対処します。
ここでは、人気の等温WGA法、MDA 27を使用します 。注目すべきは、PicoPlexとMALBAC 28を含むいくつかの他のWGA化学は初期等温鎖置換手順に決定的に依存しています。等温ステップは、定量的WGAするアナログリアルタイムアッセイを適用する挑戦を悪化させます。 WGAは完全に不要な変数プレ増幅につながる、セットアップ中に防止なく、また離散化もできない(「循環」)異種の分子の複製が完了するまで駆動し、PCR前11のように、次のサイクルに停止することができる方法で、 ( 図1)。 WGAのためのデジタルアッセイ形式は、(そのように前増幅は、結果には影響しません)アッセイエンドポイントでの列挙のための各分子の分離に起因する典型的な反応セットアップ手順をaccomodates元の読み出しが精度が増幅効率の変動に大きく依存することになることを意味します。
アッセイエンドポイントでの1滴あたりの信号レベルは液滴量に依存することになるようアッセイは、均一な体積で油中に生成される液滴に依存しており、我々は結果の一貫性は、液滴サイズの分布全体に平均化に依存する必要はありません。単分散液滴を作ることになりました(約3,500単分散液滴の論文は2013年以降に発行された)標準的な手順ですが、マイクロ流体計測器25を必要とします 。実際には、以上の6社は、このような液滴の生産に依存している独立した商用製品を開発している、と液滴作りのマイクロ流体チップは、23,29市販。この研究のために、私たちは内製のカスタムマイクロ流体デバイスを(プロトコルを参照)を使用しました。デバイスを通る流れを駆動するためのシリンジポンプはまた、市販されているが、代替的に、コストを削減する30真空駆動流のための単一の使い捨て注射器で置換することができます。
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注意:このプロトコルの液滴は、既存の商業用の液滴メーカー23,29を形成することができるように、マイクロ流体デバイスを製造することは、このアッセイのために必要ではありません。
1.液滴形成マイクロ流体デバイスを作ります
2.バルク液滴読み出し用の反応ミックスを調製します
注意:このプロトコルは、増幅反応の多くのタイプを使用して、核酸を定量するために使用することができます。一例として、いくつかのラムダDNA濃度のMDAのために必要な試薬が挙げられます。試薬の詳細は特定の試薬の表に記載されています。液滴内のテンプレートの配布はsufficienに依存サンプルのトン混合。
3.液滴形成
注液滴が静電気やせん断応力に対して非常に敏感であることができます。静電気が発生する可能性があり衣服を削除して、液滴を形成する前に、身体を接地してください。できるだけエマルジョンから、管の上部からエマルジョンのチューブを処理します。非常にゆっくりとピペットエマルジョン、好ましくはワイドボアピペットチップと。ピペットチップから分配する場合には、分注速度を決定するために、先端の側面にエマルションを見ます。
4.等温増幅
5.データ収集と分析
6.生産液滴実証の原理測定のための
7.実証の原理MDA実験
8. PCRおよびMDAバルク反応
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従来のバルク/リアルタイム読み出し定量PCRおよび定量WGAアッセイ( 図1)の両方に使用することができるが、デジタル定量的アッセイは、利点がある (表1)を提供します 。記載された方法では、単純なバルクエンドポイント測定( 図2)を用いて、マイクロ液滴形式のデジタル分析を読み出します。この方法は広く適用可能であるが、この方法は、従来のリアルタイム分析のための特別な課題を提示するので、我々は定量的WGA(MDA)に焦点を当てています。
当社のリアルタイムPCR装置は、油中に分散した蛍光微小液滴の変化分を検出することができるかどうかを確認するために、我々は、蛍光および非蛍光滴( 図2)の合成混合物の大部分の蛍光を測定しました。バルク蛍光と正の滴数(独立蛍光顕微鏡によって評価)予想通り(蛍光液滴の入力割合で直線的に図3A)。実験は、各セットのために独立した液滴の形成と混合し、3回行いま...
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デジタルアッセイは、希少細胞の検出、および核酸分子の個々のカウントを可能にする強力な方法です。しかし、デジタルのアッセイは、まだ日常的に市販されている方法に関連する特殊な装置のコストを部分的には、分析ラボで適用によるものではありません。ここでは、標準的なリアルタイム定量PCR装置を用いて簡略化したアナログ読み出しと核酸を定量するためのエンドポイントのデジタルアッセイを説明します。この方法は、セット・アップするために迅速で、読み出しは、液滴カウント方法よりもはるかに簡単です。
私たちのアッセイは、標準的な機器を使用して一斉エンドポイント測定を簡単にするために、個々の液滴の測定値の単一分子(単一液滴)の感度を失います。当社のデジタルMDAの実験では、蛍光顕微鏡実際FRAによって確認にもかかわらず、バックグラウンドから200の負の液滴あたり1未満の正の液滴を区別することができませんでした( 図4)予想通り正の液滴のctionでした。バルク蛍光測定限界低い正滴画分の一括測定アッセイの感度の感度と背景。高感度が必要な場合は、デジタル読み出し...
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ブロード研究所は、この研究の側面を含む特許出願を提出するために動く可能性があります。
著者は、MDA試薬とプロトコルを提供してくれたLiyi Xuに感謝します。また、この作業に関連する議論をしてくれたDavid Feldman氏とNavpreet Ranu氏にも感謝します。この研究は、Scientific Interface to PCBのBurroughs Wellcome Career Awardによって部分的にサポートされました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Evagreen染料 | Biotium | 31000 | |
| ウシ血清アルブミン | ニューイングランド | バイオテクノロジーB9000S | |
| Phi29 DNAポリメラーゼ反応緩衝液 | ニューイングランド | バイオテクノロジーB0269S | 骨材 |
| ラムダDNA | ニューイングランド | バイオテクノロジーN3011S | 50oCに加熱し、急冷希釈前の氷 |
| ランダム化 MDAオリゴ | 統合DNAテクノロジー | 5'-NNNNN*N-3'PCR | |
| プライマー | 統合DNAテクノロジー | 5'-CGGCAAACGGGAATGAAACGCC-3'および5'-TGCGGCAAAGACAGCAACGG-3' | |
| 超高純度ヌクレアーゼフリー水 | Life Technologies | 10977-015 | Stratalinker 2400 で 30 分間 UV 処理してから使用 (オプション) |
| ROX 参照色素 | Life Technologies | 12223-012 | |
| PCR 光学ストリップキャップ | Life Technologies | 4323032 | |
| PCR チューブ | Agilent Technologies | 401428 | |
| dNTP (各 25 マイクロモル) | Agilentテクノロジー | 200415 | |
| サーモサイクラー - Mx3000P qPCR システム | Agilent Technologies | 401403 | |
| バリア ピペットチップ | VWR | 89003-046 | |
| バイオ・ラッド オイル for evagreen | バイオ・ラッド | 186-4005 | |
| JumpStart Taq ReadyMix | Sigma-Aldrich | P2893-100RXN |
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