Dit artikel beschrijft een protocol voor diatomeeën-DNA-extractie met behulp van een aangepaste gemeenschappelijke DNA-extractiekit.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit artikel beschrijft een protocol voor diatomeeën-DNA-extractie met behulp van een aangepaste gemeenschappelijke DNA-extractiekit.
Diatomeeënonderzoek is een essentieel hulpmiddel in de forensische praktijk om te bepalen of het lijk in water is verdronken en om de verdrinkingslocatie af te leiden. Diatomeeëntesten is ook een belangrijke onderzoeksinhoud op het gebied van milieu en plankton. De diatomeeën moleculair biologische testtechnologie, die zich richt op diatomeeën-DNA als primair onderzoeksobject, is een nieuwe methode voor het testen van diatomeeën. Diatomeeën-DNA-extractie is de basis van moleculair testen van diatomeeën. Op dit moment zijn de kits die vaak worden gebruikt voor diatomeeën-DNA-extractie duur, wat de kosten van het uitvoeren van gerelateerd onderzoek verhoogt. Ons laboratorium verbeterde de algemene volbloed genomische DNA-snelextractiekit en verkreeg een bevredigend diatomeeën-DNA-extractie-effect, waardoor een alternatieve economische en betaalbare DNA-extractieoplossing wordt geboden op basis van glasparels voor gerelateerd onderzoek. Het diatomeeën-DNA dat met behulp van dit protocol wordt geëxtraheerd, zou kunnen voldoen aan veel stroomafwaartse toepassingen, zoals PCR en sequencing.
In de forensische praktijk is het essentieel voor de goede afwikkeling vande zaak om vast te stellen of een lijk dat in het water is gevonden, te verdrinken of na de dood in het water is gegooid. Het is ook een van de moeilijke kwesties die dringend moeten worden opgelost in de forensische praktijk2. Diatomeeën zijn overvloedig aanwezig in de natuurlijke omgeving (vooral in water)3,4. Tijdens het verdrinkingsproces, als gevolg van hypoxie en stressreactie, zullen mensen intense ademhalingsbewegingen hebben en een grote hoeveelheid verdrinkingsvloeistof inademen. Daarom komen de diatomeeën in het water de longen binnen met de verdrinkingsvloeistof, en sommige diatomeeën kunnen via de alveolair-capillaire barrière in de bloedcirculatie terechtkomen en zich verspreiden naar inwendige organen met de bloedstroom 5,6. De detectie van diatomeeën in inwendige weefsels en organen zoals longen, lever en beenmerg is een sterk bewijs van verdrinking voor de dood 7,8. Momenteel is forensisch diatomeeënonderzoek voornamelijk gebaseerd op morfologische testmethoden. Na een reeks voorvertering van het weefsel worden de morfologische kwalitatieve en kwantitatieve schattingen van onverteerde diatomeeën onder de microscoop uitgevoerd. Gedurende deze periode moeten gevaarlijke en milieuonvriendelijke reagentia zoals salpeterzuur worden gebruikt. Dit proces is tijdrovend en vereist dat onderzoekers beschikken over solide taxonomische expertise en uitgebreide ervaring. Dit alles brengt bepaalde uitdagingen met zich mee voor het forensisch personeel9. Diatomeeën-DNA-testtechnologie is een nieuwe technologie voor diatomeeëntesten die de afgelopen jaren is ontwikkeld 10,11,12. Deze technologie realiseert de soortidentificatie van diatomeeën door de specifieke DNA-sequentiesamenstelling van diatomeeënte analyseren 13,14. PCR-technologie en sequencing-technologie zijn veelgebruikte technische methoden, maar hun basis is de succesvolle extractie van DNA uit diatomeeën. Diatomeeën hebben echter een speciale structuur die verschilt van andere organismen, waardoor hun DNA-extractietechnieken ook anders zijn.
De celwand van diatomeeën heeft een hoge mate van verkiezeling en het hoofdbestanddeel is siliciumdioxide 15,16,17. De kiezelcelwand is erg hard en moet worden vernietigd voordat het DNA wordt geëxtraheerd. Gewone DNA-extractiekits zijn vaak moeilijk direct te gebruiken voor de extractie van diatomeeën-DNA, omdat ze de kiezelhoudende schil van diatomeeën niet kunnen vernietigen18. Daarom is het vernietigen van de kiezelhoudende schil van diatomeeën een van de belangrijkste technische problemen die moeten worden opgelost bij het extraheren van diatomeeën-DNA.
Tegelijkertijd, aangezien het aantal diatomeeën in forensische onderzoeksmonsters, of het nu gaat om watermonsters of organen en weefsels van verdronken lichamen, vaak beperkt is, is het noodzakelijk om diatomeeën te verrijken. De essentie van verrijking is het scheiden van stoffen. Terwijl u diatomeeën probeert te verzamelen, minimaliseert u het gehalte aan andere materiële componenten (storende componenten). Bij forensisch werk gebruiken laboratoria vaak centrifugatie- of membraanfiltratieverrijkingsmethoden om diatomeeëncellen te scheiden19. Omdat vacuümpompapparatuur echter niet veel wordt gebruikt, wordt de membraanverrijkingsmethode niet vaak gebruikt in gewone primaire forensische laboratoria. De centrifugatiemethode is dus nog steeds gebruikelijk diatomeeënverrijking in forensische laboratoria20.
DNA-extractie uit diatomeeën wordt momenteel voornamelijk gebruikt in de forensische praktijk en er zijn aanzienlijke beperkingen aan de toepassing ervan. Op dit moment zijn er maar weinig diatomeeën-DNA-extractiekits op de markt die in de forensische wetenschap worden gebruikt en ze zijn over het algemeen duur21. Dit artikel biedt een verbeterde diatomeeën-DNA-extractiemethode, waardoor diatomeeën-DNA-extractie eenvoudig, handig en kosteneffectief wordt. Dit verhoogt de toepassing van latere moleculair-biologische tests van diatomeeën en kan problemen met betrekking tot verdrinking in de forensische geneeskunde beter oplossen door middel van diatomeeëntesten. Deze methode breekt de kiezelhoudende celwanden van diatomeeën door glasparels toe te voegen en een geschikte tijd voor vortex in te stellen. Op deze manier lyseren het proteïnase K en de bindingsoplossing de cellen snel en inactiveren ze verschillende enzymen in de cellen. Het genomische DNA wordt geabsorbeerd in het matrixmembraan in de adsorptiekolom en uiteindelijk geëlueerd door de elutiebuffer. Zo'n verbeterde volbloed genextractiekit verbetert het diatomeeën-DNA-extractie-effect van de bloedkit in forensisch onderzoeksmateriaal, verlaagt de kosten van diatomeeën-DNA-extractie in de forensische praktijk en kan beter worden toegepast op forensisch onderzoek aan de basis.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie werd goedgekeurd door de ethische commissie van de Hainan Medical University. De weefselmonsters die in dit onderzoek zijn gebruikt, worden niet beschouwd als studies met menselijke proefpersonen. Deze monsters werden verkregen met het oog op forensische pathologische diagnose en de rest werd gebruikt voor de extractie van diatomeeën-DNA in dit experiment. Onderzoekers kunnen niet gemakkelijk individuen identificeren om geïnformeerde toestemming van relevante belanghebbenden te verkrijgen.
OPMERKING: Om de algemene toepasbaarheid van de onderzoeksmethode die in dit experiment wordt gerapporteerd te garanderen, volgde dit experiment in principe de gebruiksaanwijzing van de gebruikte kit en werden slechts enkele stappen gewijzigd. De watermonsters die in dit experiment werden gebruikt, werden willekeurig genomen uit vijvers in de buurt van het laboratorium (aanvullende figuur 1A). In dit experiment werd het longweefsel van het verdronken lichaam bevestigd als het onderzoeksweefsel om het extractieprotocol te demonstreren (aanvullende figuur 1B). In de forensische praktijk is het soms ook nodig om andere organen en weefsels van verdronken lichamen (zoals lever, milt, nieren, beenmerg, enz.) te gebruiken om diatomeeën-DNA te extraheren, wat kleine overeenkomstige verbeteringen aan deze experimentele methode vereist, die zullen worden uitgelegd in het overeenkomstige deel van het experiment. De longweefselmonsters die in dit experiment werden gebruikt, waren afkomstig van lijken die duidelijk waren verdronken in forensische gevallen. Morfologische tests zijn uitgevoerd om aan te tonen dat het longweefsel diatomeeën bevat (aanvullende figuur 2).
1. Voorbehandeling van monsters
2. DNA-extractie
NOTITIE: Alle centrifugeerstappen worden voltooid bij kamertemperatuur. Met behulp van een desktopcentrifuge met een middelpuntvliedende kracht van 14.500 x g; een tot 70 °C voorverwarmd waterbad (of metaalbad) moet worden voorbereid voordat het experiment begint. Alle stappen moeten strikt de principes van aseptische werking volgen.
3. PCR-test
OPMERKING: Aangezien het gehalte aan diatomeeën in forensische monsters vaak laag is, kunnen de weefselmonsterextracten van de verdronken lichamen ook verschillende gradaties van weefsel en organen (zoals de longen in dit experiment) met hun eigen DNA bevatten. Daarom weerspiegelt directe detectie van totaal DNA in DNA-extracten niet de situatie van diatomeeën-DNA-extractie. In dit experiment werden diatomeeënspecifieke primers geselecteerd en werden PCR-producten gebruikt om de diatomeeën-DNA-extractie in het extract te evalueren. De producten kunnen worden waargenomen en geanalyseerd door middel van agarosegelelektroforese en kunnen ook worden geanalyseerd door middel van een real-time fluorescerende kwantitatieve PCR-smeltcurve, die een hogere gevoeligheid heeft.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Aangezien de DNA-oplossing die met de momenteel gebruikte DNA-extractiemethode wordt geëxtraheerd, alle DNA-componenten uit verschillende bronnen in het monster bevat, was het DNA dat door dit protocol werd verkregen geen uitzondering. De DNA-oplossing was dus niet alleen een oplossing van diatomeeën-genoom-DNA. De primers die specifiek diatomeeën 18S rDNA-fragmenten kunnen versterken, zijn geselecteerd door de literatuur te raadplegen 22,23,24.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Diatomeeëncellen worden beschermd door harde kiezelhoudende celwanden17, en deze structuur moet worden vernietigd om diatomeeën-DNA te extraheren. Gewone kits vernietigen niet gemakkelijk de kiezelhoudende schil van diatomeeën; dus het is moeilijk om diatomeeën-DNA21 met succes te extraheren. Ons laboratorium verbeterde de meest gebruikte bloed-DNA-extractiekit door glasparels met verschillende diameters en verschillende massaverhoudingen toe te voegen tijdens het proces va...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dit werk wordt ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (82060341,81560304) en door het Academician Innovation Platform Scientific Research Project van de provincie Hainan (YSPTZX202134).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Binding Buffer | BioTeke | B010006022 | snel lytische cellen |
| ChemoHS qPCR Mix | Monad | 00007547-120506 | qPCR Mix |
| D2000 DNA ladder | Real-Times(Beijing) Biotechnology | RTM415 | Meet de positie van elektroforetische banden |
| D512 | Taihe Biotechnology | TW21109196 | voorwaartse primer |
| D978 | Taihe Biotechnology | TW21109197 | achterwaartse primer |
| Elution buffer | BioTeke | B010006022 | Een lage zout elutie buffer spoelt het DNA af |
| Glass bead | Yingxu Chemical Machinery(Shanghai) | 70181000 | Speciale glazen kralen voor verspreiden en malen |
| Import adsorptiekolom | BioTeke | B2008006022 | Adsorptiekolom met silica matrix membraan |
| Inhibitor Removal Buffer | BioTeke | B010006022 | Verwijdering van remmers in DNA-extractie |
| Isopropanol | BioTeke | B010006022 | Precipitatie of isolatie van DNA |
| MIX-30S Mini Mixer | Miulab | MUC881206 | oscillerende actie |
| Proteinase K | BioTeke | B010006022 | Inactivatie van intracellulaire nucleasen en andere eiwitten |
| Rotor-Gene Q 5plex HRM | Qiagen | R1116175 | real-time fluorescentie kwantificering PCR |
| Speed Micro-Centrifuge | Scilogex | 9013001121 | centrifuge |
| Tanon 3500R Gel Imager | Tanon | 16T5553R-455 | gel beeldvorming |
| Taq Mix Pro | Monad | 00007808-140534 | PCR Mix |
| Thermo Cycler | Zhuhai Hema | VRB020A | gewone PCR |
| Wash Buffer | BioTeke | B010006022 | Verwijder onzuiverheden zoals celmetabolieten |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.