$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Bij het analyseren van complexe klinische of omgevingsmonsters (bijv. uitwerpselen, bodems), zijn er twee hoofdmethodologieën die worden gebruikt voor de extractie van DNA. De eerste is een mechanische verstoring van de matrix door middel van een intense bead-beating stap, terwijl de tweede een enzymatische verstoring van de matrix is om bacteriële cellen chemisch vrij te maken en PCR-remmers uit de matrix tegelijkertijd te remmen. Gezien de verschillende manieren waarop deze twee typen extractiemethoden werken, is het niet verrassend dat eerdere onderzoeken aantoonden dat de geschikte DNA-extractiemethode zowel zeer monster- als analyseafhankelijk is. Vergelijkende DNA-extractiestudies toonden eerder aan dat sommige methoden geschikter zijn voor verbeterde DNA-kwaliteit en -hoeveelheid uit omgevingsmonsters1-3, terwijl andere verbeteringen aantoonden voor analyse op gemeenschapsniveau zoals denaturerende gradient gelelektroforese (DGGE)4-6, terminaal beperkt fragmentlengte polymorfisme (T-RFLP)7, geautomatiseerde ribosomale intergene ruimteanalyse (ARISA)8 en fylogenetische microarrays9. Daarom moeten geschikte DNA-extractiemethoden worden gebruikt of ontwikkeld, afhankelijk van de soorten omgevingsmonsters en de soorten analyses die op die monsters worden uitgevoerd, vooral gezien de recente vooruitgang in analyse van bacteriegemeenschappen.
Next generation sequencing, in combinatie met meer kwantitatieve gemeenschapsbeoordelingen (bijv. kwantitatieve PCR (qPCR)), wordt steeds meer gebruikt in de omgevings- en klinische wetenschappen, maar er is zeer weinig onderzoek gedaan om het effect van DNA-extractiemethoden op deze datasets te bepalen. De meeste DNA-extractie vergelijkende studies hielden zich bezig met microbiomische gemeenschapsschattingen uit menselijke of menselijke modelmonsters10,11, niet uit monsters van landbouwhuisdieren. De weinige kippengerichte next generation sequencing studies hielden zich bezig met specifieke metagenomische12,13 of microbiomische14 vragen; ze bespraken niet het effect van DNA-extractiemethode op de resulterende microbiomische analyses. Gezien de complexe aard van omgevingsmonsters met betrekking tot pluimveehouderij (bijv. uitwerpselen, stro/bedstro, weilandbodem), moeten DNA-extractiemethoden zorgvuldig worden geselecteerd. Het is bekend dat pluimveegerelateerde omgevingsmonsters grote hoeveelheden PCR-remmers bevatten en er zijn wel 500-voudige DNA-extract verdunningen vereist voor PCR en daaropvolgende downstream analyse15-17. Daarom is het essentieel dat DNA-extractiemethoden worden geoptimaliseerd voor deze soorten monsters om niet alleen de matrix fysiek te verstoring, maar ook om het grote aantal aanwezige remmers te kunnen verminderen/elimineren.
De QIAamp DNA Stool Mini Kit, een enzymatische extractiemethode, wordt beschouwd als de “gouden standaard” bij het extraheren van DNA uit moeilijke darm/uitwerpselmonsters1,18,19 en is met succes toegepast op omgevingsmonsters van pluimvee8,14. De enzymatische verwijdering van PCR-remmers door het gebruik van een eigen matrix is een van de grootste voordelen van het gebruik van deze methode voor deze soorten omgevingsmonsters, net als het vermogen om de doorvoer aanzienlijk te verbeteren (en de monsterverwerkingsfout te verminderen) met behulp van geautomatiseerde werkstations. Een groot nadeel is het ontbreken van een mechanische homogenisatie stap om bacteriële cellen fysiek te scheiden van de omgevingsmatrix. Bij het testen van darm- en uitwerpselmonsters van niet-pluimvee oorsprong, verhoogde de toevoeging van een bead-beating of mechanische verstoring stap binnen een DNA-extractieprotocol de extractie-efficiëntie aanzienlijk9, DNA-opbrengst/kwaliteit1,4,5 en verbeterde downstream gemeenschapsanalyses aanzienlijk in termen van rijkdom, diversiteit en dekking5,6,11. Deze studies vergeleken niet alleen mechanische bead-beating methoden met de “gouden standaard” enzymatische methode, maar sommige voegden ook de mechanische bead-beating stap toe aan het enzymatische protocol om de resultaten te verbeteren6,9,11.
Volgens de resultaten van bovenstaande studies konden bacteriegemeenschapsanalyses (zowel kwalitatief als kwantitatief) worden verbeterd uit pluimveegerelateerde omgevingsmonsters door de toevoeging van een mechanische homogenisatie stap aan de enzymatische methode. Daarom was het doel van dit onderzoek tweeledig: (1) een nieuwe DNA-extractietechniek ontwikkelen die de meest gewenste aspecten van zowel de mechanische (krachtige homogenisatie stap) als enzymatische (PCR-remmer verwijdering en automatisering) extractiemethoden gebruikt en (2) de kwantitatieve (via qPCR) en kwalitatieve (via microbiomics) bacteriegemeenschapsbeoordelingen van deze nieuwe methode vergelijken met representatieve mechanische en enzymatische methoden.