$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
При анализе сложных клинических образцов или образцов окружающей среды (например, фекалий, почвы) существуют две основные методологии, используемые для извлечения ДНК. Первый представляет собой механическое разрушение матрицы с помощью интенсивного этапа взбивания бусин, в то время как второй представляет собой ферментативное разрушение матрицы для химического высвобождения бактериальных клеток и одновременного ингибиторов ПЦР из матрицы. Учитывая различные способы, с помощью которых работают эти два типа методов экстракции, неудивительно, что предыдущие исследования показали, что подходящий метод экстракции ДНК в значительной степени зависит как от образца, так и от анализа. Сравнительные исследования экстракции ДНК ранее показали, что некоторые методы более подходят для улучшения качества и количества ДНК из образцов окружающей среды1-3, в то время как другие продемонстрировали улучшения для анализа на уровне сообщества, такого как денатурирующий градиентный гель-электрофорез (DGGE)4-6, полиморфизм длины концевого рестрикционного фрагмента (T-RFLP)7, автоматизированный рибосомный межгенный спейсерный анализ (ARISA)8 и филогенетические микрочипы9. Таким образом, необходимо использовать или разрабатывать соответствующие методы экстракции ДНК в зависимости от типов образцов окружающей среды и типов анализов, проводимых на этих образцах, особенно с учетом последних достижений в области анализа бактериальных сообществ.
Секвенирование нового поколения, в сочетании с более количественными оценками сообщества (например, количественной ПЦР (qPCR)), становится все более распространенным в экологических и клинических науках, однако было проведено очень мало исследований для определения влияния методов экстракции ДНК на эти наборы данных. Большинство сравнительных исследований по экстракции ДНК имели дело с оценками микробиомного сообщества на основе образцов человека или человеческой модели10,11, а не образцов сельскохозяйственных животных. Несколько исследований секвенирования следующего поколения, ориентированных на птицу, касались конкретных метагеномных12,13 или микробиомных14 вопросов; они не обсуждали влияние метода экстракции ДНК на полученные микробиомные анализы. Учитывая сложный характер образцов окружающей среды, связанных с птицеводством (например, фекалии, подстилка/подстилка, почва пастбищ), методы экстракции ДНК должны быть тщательно отобраны. Известно, что образцы окружающей среды, связанные с птицей, содержат большое количество ингибиторов ПЦР, и для ПЦР и последующего анализа требуется до 500-кратного разведения экстракта ДНК15-17. Поэтому важно, чтобы методы экстракции ДНК были оптимизированы для этих типов образцов, чтобы не только физически разрушать матрицу, но и иметь возможность уменьшать/устранять большое количество присутствующих ингибиторов.
Мини-набор QIAamp DNA Stool Mini, метод ферментативной экстракции, считается "золотым стандартом" при извлечении ДНК из сложных образцов кишечника/кала1,18,19 и был успешно применен к образцам окружающей среды птицы8,14. Ферментативное удаление ингибиторов ПЦР с помощью запатентованной матрицы является одним из самых больших преимуществ использования этого метода для этих типов проб окружающей среды, как и возможность значительно повысить производительность (и снизить погрешность обработки пробы) с помощью автоматизированных рабочих станций. Одним из основных недостатков является отсутствие этапа механической гомогенизации для физического отделения бактериальных клеток от матрицы окружающей среды. При тестировании образцов кишечника и кала нептицеводческого происхождения добавление этапа бисера или механического разрушения в протокол экстракции ДНК значительно повысило эффективность экстракции9, выход/качество ДНК1,4,5 и значительно улучшило последующий анализ сообщества с точки зрения полноты, разнообразия и охвата5,6,11. В этих исследованиях сравнивали не только методы механического взбивания бусин с «золотым стандартом» ферментативного метода, но некоторые из них также добавляли этап механического взбивания бусин в ферментативный протокол для улучшения результатов6,9,11.
Согласно результатам вышеупомянутых исследований, анализ бактериального сообщества (как качественный, так и количественный) может быть улучшен на основе образцов окружающей среды, связанных с птицей, путем добавления стадии механической гомогенизации к ферментативному методу. Таким образом, цель данного исследования была двоякой: (1) разработать новую технику экстракции ДНК, которая использует наиболее желательные аспекты как механических (мощная стадия гомогенизации), так и ферментативных (удаление и автоматизация ингибитора ПЦР) методов экстракции, и (2) сравнить количественные (с помощью количественной ПЦР) и качественные (с помощью микробиомики) оценки бактериального сообщества этого нового метода с репрезентативными механическими и ферментативными методами.