Spårning i realtid av DNA-fragment separering av smartphone
Summary
Traditionella slabgelelektrofores (SGE) -experiment kräver en komplicerad apparat och hög kemisk förbrukning. Detta arbete presenterar ett protokoll som beskriver en billig metod för att separera DNA-fragment inom en kort tidsram.
Abstract
Slabelelektrofores (SGE) är den vanligaste metoden för separation av DNA-fragment; Därför tillämpas den i stor utsträckning på biologins och andra områden. Det traditionella SGE-protokollet är dock ganska tråkigt, och experimentet tar lång tid. Dessutom är den kemiska förbrukningen i SGEU-experiment mycket hög. Detta arbete föreslår en enkel metod för separation av DNA-fragment baserat på en SGE-chip. Chipet är tillverkat av en gravyrmaskin. Två plastplåtar används för excitations- och utsläppsvåglängderna hos den optiska signalen. Fluorescenssignalen hos DNA-banden samlas in av smartphone. För att validera denna metod separerades 50, 100 och 1000 bp DNA-stegar. Resultaten visar att en DNA-stege mindre än 5000 bp kan lösas inom 12 minuter och med hög upplösning vid användning av denna metod, vilket indikerar att det är en idealisk ersättning för den traditionella SGE-metoden.
Introduction
Slabelelektrofores (SGE) är den mest effektiva metoden för DNA-fragment separation 1 , 2 , 3 , 4 , 5 och anses därför vara ett mångsidigt verktyg i biokemiska och biologiska analyser 6 , 7 , 8 . Många experiment tyder emellertid på att SGE begränsas av följande fyra problem: (1) separationerna tar många timmar och jämn dagar; (2) den kemiska förbrukningen är mycket hög; (3) det kräver en komplicerad apparat ( t.ex. 2D elektroforescell, elektrofores strömförsörjning och gelbilds-system); (4) gelbilds-systemet kan endast observera de separerade DNA-fragmenten när experimentet är avslutat. Vidare används etidiumbromid (EtBr), som vanligen används i SGE 9 ,Ass = "xref"> 10, är mutagen och cancerogen 11 , 12 . Därför bör handskar alltid bäras när man levererar geler som innehåller EtBr.
Kapillärelektrofores (CE) har många fördelar 13 , 14 , 15 , 16 , 17 jämfört med SGE, såsom automatisk drift, kort separationstid och lägre förbrukning. Emellertid är CE-instrumentet ganska dyrt. För att övervinna dessa begränsningar har därför ett system utvecklats ( Figur 1 ) för separation av DNA. Ett sådant system kan inte bara kraftigt minska den kemiska konsumtionen och spara på SGE-experimentstid (<8 min), men det kan också utföra realtidsspårning av DNA-separationsprocessen i agarosgelen via smartphone. Genom att följa de procedurer som beskrivs i detta protokoll ska studenternaLd kunna designa och tillverka SGE-chipet, förbereda agarosgelen i chipet, skapa ett enkelt SGE-system med en smartphone och registrera DNA-migreringsprocessen i agarosgelén.
Protocol
Representative Results
Discussion
Agarosgelelektrofores används i stor utsträckning för separation av DNA, RNA och protein. Detta arbete föreslår en ny metod för att ersätta det traditionella gelelektroforesprotokollet. Resultat visar att 50, 100 och 1000 bp DNA-stegar kan separeras väl i en sådan liten monterad enhet. Den stora fördelen med denna metod är att den inte bara kan separera nukleinsyrorna med liten kemisk konsumtion, men det kan också registrera separationsprocessen. Även om DNA-fragmenten ser brett ut i fi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi bekräftar tacksamt stöd från National Natural Science Foundation of China (nr 21205078) och forskningsfonden för doktorandprogrammet för högre utbildning i Kina (No.20123120110002). Detta arbete stöddes delvis av Kinas nationella nyckelforsknings- och utvecklingsprogram (2016YFB1102303), Kinas nationella grundforskningsprogram (973Program, 2015CB352001) och National Natural Science Foundation of China (61378060).
Materials
| 10×TBE | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | T1051 |
| 50bp DNA ladder | Takara Bio Inc. | 3421A |
| 100bp DNA ladder | Takara Bio Inc. | 3422A |
| 1kbp DNA ladder | Takara Bio Inc. | 3426A |
| SYBR GREEN | Takara Bio Inc. | 5760A |
| Agarose | Sigma-Aldrich Corporate | V900510 |
References
- Carle, G. F., Olson, M. V. Separation of chromosomal DNA molecules from yeast by orthogonal-field-alternation gel electrophoresis. Nucleic. Acids. Res. 12 (14), 5647-5664 (1984).
- McDonell, M. W., Simon, M. N., Studier, F. W. Analysis of restriction fragments of T7 DNA and determination of molecular weights by electrophoresis in neutral and alkaline gels. J. Mol. Biol. 110 (1), 119-146 (1977).
- Fangman, W. L. Separation of very large DNA molecules by gel electrophoresis. Nucleic. Acids. Res. 5 (3), 653-665 (1978).
- Blum, H., Beier, H., Gross, H. J. Improved silver staining of plant proteins, RNA and DNA in polyacrylamide gels. Electrophoresis. 8 (2), 93-99 (1987).
- Gödde, R., et al. Electrophoresis of DNA in human genetic diagnostics-state-of-the-art, alternatives and future prospects. Electrophoresis. 27 (5-6), 939-946 (2006).
- Studier, F. W. Analysis of bacteriophage T7 early RNAs and proteins on slab gels. J. Mol. Biol. 79 (2), 237-248 (1973).
- Sugden, B., De Troy, B., Roberts, R. J., Sambrook, J. Agarose slab-gel electrophoresis equipment. Anal. Biochem. 68 (1), 36-46 (1975).
- Rabilloud, T., Chevallet, M., Luche, S., Lelong, C. Two-dimensional gel electrophoresis in proteomics: Past, present and future. J. Proteomics. 73 (11), 2064-2077 (2010).
- Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. Y., Kim, Y. H. Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments. J. Vis. Exp. (62), e3923 (2012).
- Gasser, R. B., et al. Single-strand conformation polymorphism (SSCP) for the analysis of genetic variation. Nat. Protoc. 1 (6), 3121-3128 (2006).
- Matselyukh, B. P., Yarmoluk, S. M., Matselyukh, A. B., Kovalska, V. B., Kocheshev, I. O., Kryvorotenko, D. V., Lukashov, S. S. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids: XXXI. Using of polymethine cyanine dyes for the visualization of DNA in agarose gels. J. Biochem. Biophys. Methods. 57 (1), 35-43 (2003).
- Lunn, G., Sansone, E. B. Ethidium bromide: destruction and decontamination of solutions. Anal. Biochem. 162 (2), 453-458 (1987).
- Li, Z., Liu, C., Zhang, D., Luo, S., Yamaguchi, Y. Capillary electrophoresis of RNA in hydroxyethylcellulose polymer with various molecular weights. J. Chormatogr. B. 1011, 114-120 (2016).
- Li, Z., Liu, C., Ma, S., Zhang, D., Yamaguchi, Y. Analysis of the inhibition of nucleic acid dyes on polymerase chain reaction by capillary electrophoresis. Anal. Methods-UK. 8 (11), 2330-2334 (2016).
- Liu, F., et al. Developing a fluorescence-coupled capillary electrophoresis based method to probe interactions between QDs and colorectal cancer targeting peptides. Electrophoresis. 37 (15-16), 2170-2174 (2016).
- Wang, J., et al. A capillary electrophoresis method to explore the self-assembly of a novel polypeptide ligand with quantum dots. Electrophoresis. 37 (15-16), 2156-2162 (2016).
- Miao, P., et al. Nuclease assisted target recycling and spherical nucleic acids gold nanoparticles recruitment for ultrasensitive detection of microRNA. Electrochim. Acta. 190, 396-401 (2016).
- Heller, C. Principles of DNA separation with capillary electrophoresis. Electrophoresis. 22 (4), 629-643 (2001).
