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Artigo de método

PCR digital baseado em chip em tubo para quantificação de variantes de nucleotídeo único

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8 de julho de 2025

Neste artigo

Resumo

Fonte: Kahyo, T., et al. Ensaio de reação em cadeia da polimerase digital para a variação genética em um paciente com polipose adenomatosa familiar esporádica usando o formato chip-in-a-tube. J. Vis. Exp. (2018).

Este vídeo demonstra a utilidade da PCR digital em um formato chip-in-a-tube para a detecção de variações de nucleotídeo único em amostras de DNA. Uma única reação de PCR é particionada em câmaras que atuam como reações de PCR independentes, e a detecção de sinais de fluorescência dos alvos amplificados nas câmaras é usada para calcular a frequência do alelo variante na amostra.

Protocolo

1. Controle de Qualidade do DNA Genômico

NOTA: O DNA genômico (gDNA) foi extraído do sangue periférico usando o método de purificação de DNA baseado em membrana de sílica bem estabelecido. Antes dos procedimentos abaixo, a concentração de gDNA foi determinada usando um espectrofotômetro.

  1. Preparar a amostra de ADNg a uma concentração de 10-100 ng/μl.
  2. Adicione 10 μL de tampão de amostra de DNA a uma tira de 8 tubos.
  3. Adicione 1 μL de escada de DNA ou gDNA aos tubos. Vortex a mistura por 1 min usando o acessório de microplaca.
  4. Carregue o tubo, o dispositivo de gel e as pontas da pipeta no instrumento de eletroforese (Tabela de Materiais) e inicie a corrida pressionando o botão 'Iniciar'.
    nota: O sistema de eletroforese funcionará automaticamente com um clique no botão Iniciar.
  5. Confirme se o marcador inferior contido no tampão da amostra de ADN está correctamente atribuído nos electroferogramas. Se estiver atribuído incorretamente, atribua manualmente o marcador no 'Modo eletro-herograma' do software.
    nota: O número de integridade do DNA (DIN) será calculado automaticamente. O valor DIN vem da integridade do DNA. Valores DIN altos e baixos indicam gDNA altamente intacto e fortemente degradado, respectivamente.
  6. Especifique a região de tamanho do gDNA (> 200 pb) no 'modo de região' do software para calcular automaticamente a concentração de gDNA (> 200 bp).

2. Projeto de primer e sonda

  1. Calcule os valores da temperatura de fusão (Tm) usando qualquer ferramenta de acesso aberto nas seguintes condições: 10-25 bases, 50 mM Na+/K+, 0.80 mM dNTPs e 3 mM Mg2+ (Tabela de Materiais). Projete os primers direto e reverso para amplificar a região genômica contendo alelos-alvo com o valor Tm em torno de 60 ° C e o comprimento do amplicon em 100-300 bp.
    NOTA: Consulte a Tabela 1 para a concentração de oligonucleotídeos.
  2. Projete as sondas de ácido nucleico bloqueado (LNA) para os alelos de referência e variantes com base nas seguintes condições: (i) 1-6 LNAs estão presentes em cada sonda; (ii) um corante fluorescente e um extintor estão presentes nos terminais 5' e 3' de cada sonda, respectivamente; iii) a diferença entre os valores Tm das sondas de comparação e de incompatibilidade é > 10 °C; (iv) Os valores de Tm das sondas combinadas e incompatíveis são maiores e menores do que os dos primers, respectivamente [por exemplo, primer direto: 60,8 ° C, primer reverso: 59,8 ° C, sonda de alelo de referência (compatível/incompatível): 62,6/45,3 °C, sonda de alelo variante (compatível/incompatível): 61,7/50,5 °C]. Os valores de Tm foram calculados usando a ferramenta de acesso aberto também usada para a etapa 2.1.
  3. Certifique-se de que os primers e sondas projetados não abranjam os polimorfismos de nucleotídeo único com uma frequência de > 0,1%, conforme determinado a partir de bancos de dados [por exemplo, o banco de dados de polimorfismo de nucleotídeo único (dbSNP)].

3. PCR digital

  1. Preparar os iniciadores, as sondas e as soluções-mãe de ADNg nas concentrações descritas no quadro 1 com um tampão TE e conservá-los a -20–4 °C.
  2. Misturar os reagentes à temperatura ambiente num volume total de 15 μL até obter uma concentração final conforme descrito no quadro 1.
    1. Adicione 3 μL de água destilada em vez de gDNA em um controle sem modelo (NTC).
    2. Prepare 3,5x a quantidade da mistura de PCR em triplicata para levar em conta o erro de pipetagem.
  3. Pipete a mistura de PCR para cima e para baixo para misturá-la.
  4. Coloque a plataforma de carregamento nos cavacos construídos na tira de 8 tubos e coloque-os no carregador automático. Certifique-se de que haja contato entre o chip e a plataforma de carregamento.
  5. Encaixe um controle deslizante de carregamento na plataforma e segure o controle deslizante com o batente fora do carregador.
  6. Pipetar 15 μL da mistura de PCR na plataforma perto da ponta do controle deslizante (Figura 1A).
  7. Execute o carregador pressionando o botão do carregador (por aproximadamente 1 min).
    nota: Não é um problema se uma pequena quantidade de mistura de PCR permanecer na plataforma. É possível executar novamente o carregador sequencialmente.
  8. Coloque o chip em um tubo preenchido com a mistura de PCR na ranhura lateral do intensificador de vedação. Empurre a tampa deslizante e a borda da tampa superior para não quebrar o chip (Figura 1B).
  9. Execute o intensificador de vedação (aproximadamente 2 min). Execute sequencialmente o intensificador de vedação por 1 min se uma poça de líquido ainda estiver visível porque uma vedação incompleta causa contaminação cruzada dos sinais positivos (Figuras 1C e 1D).
  10. Adicione 230 μL de fluido de vedação, um reagente à base de óleo, aos tubos.
    nota: Os chips agora devem ser imersos no fluido.
  11. Coloque os tubos no termociclador. Execute o termociclador conforme descrito na Tabela 2 (por aproximadamente 2 h). Ajuste a temperatura ou a duração da PCR se houver uma distribuição desigual de partições positivas (Figura 1E).
    NOTA: Recomenda-se definir o ramp taxa para cerca de 1 °C/s.
  12. Deixe os tubos no termociclador por pelo menos 15 min para reduzir o ruído da linha de base.
    nota: Os tubos também podem ser deixados durante a noite. Sinais de fluorescência foram detectados ainda no dia seguinte.
  13. Coloque os tubos no gabarito de detecção e despeje 6 mL de água destilada no gabarito. Se houver bolhas de ar visíveis dentro e fora dos tubos, limpe-as (Figuras 1F e 1G).
  14. Carregue o gabarito no detector e execute-o com um clique no botão 'Executar' do software após a seleção das guias Fluorescência, Experimento e Amostra/NTC (Tabela de Materiais).
    NOTA: A detecção de duas cores de oito amostras com uma intensidade padrão leva aproximadamente 4 a 5 minutos.
  15. Confirme o gráfico de posição, histograma e gráfico de dispersão 2D.
    NOTA: Se a intensidade de fluorescência das partições negativas for alta, ajuste a intensidade com um clique no botão Configurações do software para que fique dentro da faixa de 30 a 70.
  16. Calcular a fração alélica variante (FAV) utilizando a seguinte fórmula:
    figure-protocol-1
    Aqui, Cv e Cr são os números de cópia da variante e do alelo de referência, respectivamente.
    nota: Eles são calculados automaticamente no programa de software com base nas estatísticas de Poisson.

4. Coleta do produto PCR

  1. Remova o fluido de vedação do tubo.
  2. Adicione 100 μL de tampão TE ao tubo. Vortex vigorosamente por 30 s e centrifugue brevemente o tubo.
  3. Transferir a solução de TE para outro tubo e adicionar 30 μL de acetato de sódio 3 M e 200 μL de etanol.
  4. Arrefecer a solução a -20 °C durante a noite.
  5. Centrifugue a solução por 30 min a 16.000 x g e remova o sobrenadante.
  6. Adicione 300 μL de etanol a 80% ao tubo e ao vórtice.
  7. Centrifugue a solução por 15 min a 16.000 x g e remova o sobrenadante. Deixe o precipitado secar ao ar por 5 min.
  8. Dissolva o precipitado em 1–5 μL de tampão TE após secagem ao ar.
  9. Se necessário, avalie o tamanho do produto usando um instrumento de eletroforese com referência à etapa 1. Carregue 1 μL da solução no dispositivo de gel para uma alta sensibilidade (Tabela de Materiais).

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Resultados

figure-results-1
Figura 1: Pontos a serem observados para o ensaio de dPCR com formato chip-in-a-tube.(A) Este painel mostra como configurar a tira de 8 tubos no carregador automático. (B) Este painel mostra lascas quebradas. (C) Este painel mostra como o cavaco surge logo após (i) carregamento e (ii) vedação. (iii) Uma poça de líquido é visível no caso de uma vedaçã...

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Divulgações

Não há conflitos de interesse declarados.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
QIAamp DNA Blood Maxi KitQiagenRolamento 51194Antes do Protocolo 1: Extração de DNA genômico
NanoDrop 1000ThermoFisher CIENTÍFICOND-8000Antes do Protocolo 1: Espectrofotômetro
Tubo de 8 tirasTecnologias Agilent401428Protocolo n.º 1
Tampão de amostra de DNA genômicoTecnologias AgilentRolamento 5067-5366Protocolo n.o 1:
      Um componente do ensaio de fita de tela de DNA genômico
Escada de DNATecnologias AgilentRolamento 5067-5366Protocolo n.o 1:
      Um componente do ensaio de fita de tela de DNA genômico
Agitador Pequeno Básico MS3IKARolamento 3617000Protocolo 1: Misturador de vórtice
Fita de Tela de DNA GenômicoTecnologias AgilentRolamento 5067-5365Protocolo 1: Dispositivo de gel
Sistema 2200 TapeStationTecnologias AgilentG2965AAProtocolo 1: Instrumento de eletroforese
Software de análise TapeStationTecnologias AgilentEmpacotado com G2965AAProtocolo 1: Software de análise
Oligo primers de DNAIDTPedido personalizadoProtocolo n.o 2
Sondas LNAIDTPedido personalizadoProtocolo n.o 2
Ferramenta de softwareIDTConsultado em 12 de janeiro de 2011 ↑ «http://biophysics.idtdna.com/Protocolo n.o 2
Banco de dados dbSNPNCBISítio Web: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/Protocolo n.o 2
Buffer TEThermoFisher CIENTÍFICO12090015Protocolo n.o 3
Água destilada sem DNase/RNaseThermoFisher CIENTÍFICO10977015Protocolo 3 (Tabela 1)
Sonda de PCR Digital Clarity MastermixJN Medsys12013Protocolo 3 (Tabela 1): 2xPCR Master Mix
      Um componente de #10011
Fluido de vedação ClarityJN Medsys12005Protocolo 3: Fluido de vedação
      Um componente de #10011
Solução Clarity JNJN Medsys12006Protocolo 3 (Tabela 1): solução de 20xdPCR
      Um componente de #10011
Clareza Tubo-tiraJN Medsys12007Protocolo 3: Chip em um tubo
      Um componente de #10011
Kit de carregamento de amostra ClarityJN Medsys12008Protocolo 3: Plataforma de carregamento e controle deslizante
      Um componente de #10011
Carregador automático do ClarityJN Medsys11002Protocolo 3: Carregador automático
      Um componente de #10001
Realçador de vedação de clarezaJN MedsysRolamento 11003Protocolo 3: Intensificador de selagem
      Um componente de #10001
Leitor de clarezaJN Medsys11004Protocolo 3: Leitor
      Um componente de #10001
Termociclador Life EcoTecnologia BioerTC-96GHbCProtocolo 3: Termociclador
Software ClarityJN MedsysEmpacotado com #10001Protocolo 3: Software de análise
Fita de tela D1000 de alta sensibilidadeTecnologias AgilentRolamento 5067-5584Protocolo 4: Dispositivo de gel para alta sensibilidade

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