Ten artykuł opisuje protokół ekstrakcji DNA okrzemek przy użyciu zmodyfikowanego zestawu do ekstrakcji DNA powszechnie używanego.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten artykuł opisuje protokół ekstrakcji DNA okrzemek przy użyciu zmodyfikowanego zestawu do ekstrakcji DNA powszechnie używanego.
Badanie okrzemek jest niezbędnym środkiem pomocniczym w praktyce kryminalistycznej, aby ustalić, czy zwłoki utonęły w wodzie i wywnioskować miejsce utonięcia. Badania okrzemek są również ważną treścią badawczą w dziedzinie środowiska i planktonu. Technologia testowania biologii molekularnej okrzemek, która koncentruje się na DNA okrzemek jako głównym obiekcie badań, jest nową metodą badania okrzemek. Ekstrakcja DNA okrzemek jest podstawą badań molekularnych okrzemek. Obecnie zestawy powszechnie stosowane do ekstrakcji DNA okrzemek są drogie, co zwiększa koszty prowadzenia powiązanych badań. Nasze laboratorium udoskonaliło ogólny zestaw do szybkiej ekstrakcji genomowego DNA z krwi pełnej i uzyskało zadowalający efekt ekstrakcji DNA okrzemek, zapewniając w ten sposób alternatywne, ekonomiczne i niedrogie rozwiązanie do ekstrakcji DNA oparte na szklanych kulkach do powiązanych badań. DNA okrzemek wyekstrahowane przy użyciu tego protokołu może zaspokoić wiele dalszych zastosowań, takich jak PCR i sekwencjonowanie.
W praktyce kryminalistycznej ustalenie, czy zwłoki znalezione w wodzie tonące, czy też zostały wrzucone do wody po śmierci, jest niezbędne do prawidłowego rozstrzygnięcia sprawy1. Jest to również jeden z trudnych problemów, które należy pilnie rozwiązać w praktyce kryminalistycznej2. Okrzemki występują obficie w środowisku naturalnym (zwłaszcza w wodzie)3,4. W procesie tonięcia, z powodu niedotlenienia i reakcji na stres, ludzie będą mieli intensywne ruchy oddechowe i będą wdychać dużą ilość tonącego płynu. W związku z tym okrzemki w wodzie dostają się do płuc wraz z tonącą cieczą, a niektóre okrzemki mogą dostać się do krążenia krwi przez barierę pęcherzykowo-kapilarną i rozprzestrzenić się na narządy wewnętrzne wraz z przepływem krwi5,6. Wykrycie okrzemek w tkankach i narządach wewnętrznych, takich jak płuca, wątroba i szpik kostny, jest mocnym dowodem na utonięcie przed śmiercią7,8. Obecnie badania sądowe okrzemek opierają się głównie na metodach badań morfologicznych. Po serii wstępnego trawienia tkanki, pod mikroskopem przeprowadza się morfologiczne, jakościowe i ilościowe oceny niestrawionych okrzemek. W tym okresie należy stosować niebezpieczne i nieprzyjazne dla środowiska odczynniki, takie jak kwas azotowy. Proces ten jest czasochłonny i wymaga od badaczy solidnej wiedzy taksonomicznej i dużego doświadczenia. To wszystko stawia przed personelem kryminalistycznym pewne wyzwania9. Technologia testowania DNA okrzemek to nowa technologia testowania okrzemek opracowana w ostatnich latach10,11,12. Technologia ta umożliwia identyfikację gatunkową okrzemek poprzez analizę specyficznego składu sekwencji DNA okrzemek13,14. Technologia PCR i technologia sekwencjonowania są powszechnie stosowanymi metodami technicznymi, ale ich podstawą jest udana ekstrakcja DNA z okrzemek. Jednak okrzemki mają specjalną budowę, odmienną od innych organizmów, co sprawia, że ich techniki ekstrakcji DNA również się różnią.
Ściana komórkowa okrzemki ma wysoki stopień krzemienia, a jej głównym składnikiem jest dwutlenek krzemu15,16,17. Krzemionkowa ściana komórkowa jest bardzo twarda i musi zostać zniszczona przed ekstrakcją DNA. Zwykłe zestawy do ekstrakcji DNA są często trudne do użycia bezpośrednio do ekstrakcji DNA okrzemek, ponieważ nie mogą zniszczyć krzemionkowej powłoki okrzemek18. Dlatego zniszczenie krzemionkowej otoczki okrzemek jest jednym z kluczowych problemów technicznych, które należy rozwiązać przy ekstrakcji DNA okrzemek.
Jednocześnie, ponieważ liczba okrzemek zawartych w próbkach z badań kryminalistycznych, czy to w próbkach wody, czy w organach i tkankach ciał topielców, jest często ograniczona, konieczne jest wzbogacanie okrzemek. Istotą wzbogacenia jest oddzielenie substancji. Próbując zebrać okrzemki razem, zminimalizuj zawartość innych składników materialnych (składników zakłócających). W pracach kryminalistycznych laboratoria często stosują metody wirowania lub wzbogacania filtracji membranowej w celu oddzielenia komórek okrzemkowych19. Ponieważ jednak urządzenia do pompowania próżniowego nie są powszechnie stosowane, metoda wzbogacania membrany nie jest często stosowana w zwykłych pierwotnych laboratoriach kryminalistycznych. Tak więc metodą wirowania jest nadal powszechnie wzbogacanie okrzemek w laboratoriach kryminalistycznych20.
Ekstrakcja DNA z okrzemek jest obecnie stosowana głównie w praktyce kryminalnej, a jej zastosowanie ma istotne ograniczenia. Obecnie na rynku dostępnych jest niewiele zestawów do ekstrakcji DNA okrzemek stosowanych w kryminalistyce i są one na ogół drogie21. W tym artykule przedstawiono ulepszoną metodę ekstrakcji DNA okrzemek, dzięki której ekstrakcja DNA okrzemek jest prosta, wygodna i opłacalna. Zwiększa to zastosowanie późniejszych badań biologii molekularnej okrzemek i może lepiej rozwiązywać problemy związane z utonięciem w medycynie sądowej poprzez badania okrzemek. Ta metoda rozbija krzemionkowe ściany komórkowe okrzemek poprzez dodanie szklanych kulek i ustawienie odpowiedniego czasu na wirowanie. W ten sposób proteinaza K i roztwór wiążący szybko elizują komórki i dezaktywują różne enzymy w komórkach. Genomowe DNA jest absorbowane przez błonę matrycy w kolumnie adsorpcyjnej i ostatecznie eluowane przez bufor elucyjny. Taki ulepszony zestaw do ekstrakcji genów krwi pełnej poprawia efekt ekstrakcji DNA okrzemek z zestawu krwi w materiałach do badań kryminalistycznych, zmniejsza koszty ekstrakcji DNA okrzemek w praktyce sądowej i może być lepiej stosowany w oddolnych badaniach kryminalistycznych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To badanie zostało zatwierdzone przez Komitet Etyki Uniwersytetu Medycznego w Hainan. Próbki tkanek użyte w tym badaniu nie są uważane za badania z udziałem ludzi. Próbki te uzyskano w celu sądowej diagnozy patologicznej, a reszta wykorzystano do ekstrakcji DNA okrzemek w tym eksperymencie. Badacze nie są w stanie łatwo zidentyfikować osób w celu uzyskania świadomej zgody od odpowiednich zainteresowanych stron.
UWAGA: Aby zapewnić ogólną stosowalność metody badawczej opisanej w tym eksperymencie, eksperyment ten zasadniczo przebiegał zgodnie z instrukcją obsługi używanego zestawu i tylko niektóre kroki zostały zmodyfikowane. Próbki wody użyte w tym eksperymencie zostały losowo pobrane ze stawów w pobliżu laboratorium (rysunek uzupełniający 1A). W tym eksperymencie potwierdzono, że tkanka płucna topielca jest tkanką badawczą w celu zademonstrowania protokołu ekstrakcji (rysunek uzupełniający 1B). W praktyce sądowej czasami konieczne jest również użycie innych narządów i tkanek ciał topielców (takich jak wątroba, śledziona, nerki, szpik kostny itp.) do ekstrakcji DNA okrzemek, co wymaga niewielkich odpowiednich ulepszeń tej metody eksperymentalnej, które zostaną wyjaśnione w odpowiedniej sekcji eksperymentu. Próbki tkanki płucnej użyte w tym eksperymencie pochodziły ze zwłok, które w oczywisty sposób zostały utopione w sprawach kryminalistycznych. Przeprowadzono badania morfologiczne w celu udowodnienia, że tkanka płucna zawiera okrzemki (rysunek uzupełniający 2).
1. Wstępna obróbka próbek
2. Ekstrakcja DNA
UWAGA: Wszystkie etapy wirowania są zakończone w temperaturze pokojowej. Za pomocą wirówki biurkowej o sile odśrodkowej 14 500 x g; przed rozpoczęciem doświadczenia należy przygotować łaźnię wodną (lub metalową) podgrzaną do temperatury 70 °C. Wszystkie kroki muszą być ściśle zgodne z zasadami aseptyki.
3. Test PCR
UWAGA: Ponieważ zawartość okrzemek w próbkach kryminalistycznych jest często niska, ekstrakty z próbek tkanek ciał topielców mogą również zawierać różne stopnie tkanek i organów (takich jak płuca w tym eksperymencie) z ich własnym DNA. W związku z tym bezpośrednie wykrywanie całkowitego DNA w ekstraktach DNA nie odzwierciedla sytuacji ekstrakcji DNA okrzemek. W tym eksperymencie wybrano startery specyficzne dla okrzemek, a produkty PCR użyto do oceny ekstrakcji DNA okrzemek w ekstrakcie. Produkty można obserwować i analizować za pomocą elektroforezy w żelu agarozowym, a także można je analizować za pomocą fluorescencyjnej ilościowej krzywej topnienia PCR w czasie rzeczywistym, która ma wyższą czułość.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ponieważ roztwór DNA wyizolowany za pomocą obecnie stosowanej metody ekstrakcji zawiera wszystkie komponenty DNA z różnych źródeł obecnych w próbce, DNA otrzymane zgodnie z tym protokołem nie stanowiło wyjątku. Zatem roztwór DNA nie był jedynie roztworem genomowego DNA okrzemków. Startery umożliwiające specyficzną amplifikację fragmentów 18S rDNA okrzemków zostały wybrane na podstawie analizy literatury22,23,24. Startery zostały...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Komórki okrzemkowe są chronione przez twarde krzemionkowe ściany komórkowe17, a struktura ta musi zostać zniszczona, aby wyodrębnić DNA okrzemek. Zwykłe zestawy nie niszczą łatwo krzemionkowej skorupy okrzemek; w związku z tym trudno jest z powodzeniem wyodrębnić DNA okrzemek21. Nasze laboratorium udoskonaliło najczęściej stosowany zestaw do ekstrakcji DNA z krwi, dodając w procesie ekstrakcji okrzemek szklane kulki o różnych średnicach i różnym stosunku masy. W tym samym c...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Ta praca jest wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (82060341,81560304) oraz przez Projekt Naukowo-Badawczy Platformy Innowacji Akademickich Prowincji Hainan (YSPTZX202134).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Bufor wiążący | BioTeke | B010006022 | szybko lizujących komórek |
| ChemoHS qPCR Mix | Monad | 00007547-120506 | qPCR Mix |
| D2000 drabinka DNA | Czas rzeczywisty (Pekin) Biotechnologia | RTM415 | Zmierz położenie pasm elektroforetycznych |
| D512 | Taihe Biotechnology | TW21109196 | podkład do przedmowy |
| D978 | Taihe Biotechnologia | TW21109197 | odwrócony starter |
| Bufor elucyjny | BioTeke | B010006022 | Bufor elucyjny o niskiej zawartości soli zmywa szklany |
| koralik | Yingxu Chemical Machinery (Szanghaj) | 70181000 | Specjalne kulki szklane do dyspergowania i mielenia |
| Importuj kolumnę adsorpcyjną | BioTeke | B2008006022 | Kolumna adsorpcyjna z membraną o matrycy krzemionkowej |
| Bufor do usuwania | inhibitorów BioTeke | B010006022 | Usuwanie inhibitorów w ekstrakcji DNA |
| Izopropanol | BioTeke | B010006022 | Wytrącić lub wyizolować DNA |
| MIX-30S Mini mikser | Miulab | MUC881206 | działanie oscylacyjne |
| Proteinaza K | BioTeke | B010006022 | Inaktywacja nukleaz wewnątrzkomórkowych i innych białek |
| Rotor-Gene Q 5plex HRM | Qiagen | R1116175 | kwantyfikacja fluorescencji w czasie rzeczywistym |
| Mikrowirówka | 9013001121 | Scilogex | |
| Tanon 3500R Gel Imager | Tanon | 16T5553R-455 | obrazowanie żelem |
| Taq Mix Pro | Monad | 00007808-140534 | PCR Mix |
| Thermo Cycler | Zhuhai Hema | VRB020A | zwykły bufor do mycia PCR |
| BioTeke | B010006022 | Usuń zanieczyszczenia, takie jak metabolity komórkowe |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.