JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
화학

Фталевая кислота Эстер связывания ДНК Aptamer выбор, характеристика и применение к электрохимическим Aptasensor

Published: March 21, 2018
doi:
10.3791/56814
, , , , ,
1Department of Chemistry,Capital Normal University, 2College of Life Sciences,Capital Normal University

Summary

Протокол для отбора в пробирке и характеризация конкретных групп фталевой кислоты Эстер связывания ДНК аптамеры представлен. Применение выбранного aptamer в электрохимических aptasensor также входит в стоимость номера.

Abstract

Фталекислотные эфиры (Паэс) areone основных групп стойких органических загрязнителей. Конкретных групп обнаружения Паес весьма желательно из-за быстрого роста конгенеров. ДНК аптамеры чаще применялись как признание элементов на биосенсор платформах, но выбор аптамеры целей высокой гидрофобностью малые молекулы, такие как Паес, редко сообщается. Эта работа описывает метод, основанный на шарик, предназначенные для выбора конкретной группе аптамеры ДНК для Паес. Амино-группы функционализированных Дибутилфталат (DBP-NH2) как цель якорь был синтезирован и иммобилизованных на эпоксидной активированный агарозы бусы, позволяя отображения группы фталиевый Эстер на поверхности иммобилизации матрицы, и Поэтому выбор конкретной группе связующих. Константы диссоциации aptamer кандидатов определяется количественным полимеризации цепной реакции в сочетании с магнитной сепарации. Относительный близость и избирательности аптамеры для других Паес были определены конкурентоспособные анализов, где aptamer кандидатов были предварительно ограниченной в DBP-NH2 придают магнитные бусы и выпущен в надосадке после инкубации с протестированных Паес или других потенциальных помех веществ. Конкурентоспособных assay был применен потому, что она предоставила снисходительный сродство сравнения среди Паес, которые не функциональными группами для иммобилизации поверхности. Наконец мы продемонстрировали изготовление электрохимическая aptasensor и использовал его сверхчувствительная и селективного выявления бис(2-этилгексил) фталат. Этот протокол обеспечивает понимание aptamer открытие других гидрофобные малых молекул.

Introduction

Наряду с быстрого экономического развития ускорение индустриализации и городского строительства, загрязнения окружающей среды является более суровым, чем когда-либо. Типичными загрязнителями окружающей среды включают в себя ионов тяжелых металлов, токсинов, антибиотиков, пестицидов, эндокринные расстройства и стойких органических загрязнителей (СОЗ). Помимо ионов металлов и токсинов, других загрязнителей являются малые молекулы, что довольно часто состоят из различных родственных соединений. Например, наиболее токсичных СОЗ включают полихлорированных дифенилов (ПХД), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полибромированные дифенил эфиров (ПБДЭ), полихлорированных дибензо p диоксинов (ПХДД), полихлорированных дибензофуран (ПХДФ) и фталиевый кислоты эфиры (Паэс)1,2, которые состоят из многих соединений. Малые молекулы обнаружения главным образом выполнялись хроматография/масс спектрометрии-методы на основе из-за их разнообразие приложений3,4,5,6. Для занятия обнаружений методы, основанные на антитела были недавно развитых7,8,9. Однако так как эти методы являются весьма специфическими для определенных конгенеров, необходимо выполнить несколько тестов. Более серьезным является что роман конгенеров растут так быстро, что их антител не могут быть созданы во времени. Таким образом разработка биосенсоров конкретных групп для контроля общего уровня всех соединений в одном тесте может предоставить бесценную метрики для оценки состояния загрязнения окружающей среды.

Недавно нуклеиновые кислоты аптамеры широко применяется как признание элементов в различных платформах biosensing из-за их возможности признавая широкий спектр задач, от ионов и малых молекул белков и клетки10,11 ,12. Аптамеры определяются через в vitro методом систематической эволюции лигандов, экспоненциальное обогащения (SELEX)13,14. SELEX начинается с случайных синтетических однорядная олигонуклеотида библиотеку, которая содержит приблизительно 1014-1015 последовательности. Размер случайного библиотеки обеспечивает разнообразие структур кандидат РНК и ДНК. Типичный процесс SELEX состоит из нескольких раундов обогащения до тех пор, пока библиотека обогащается в последовательности с высоким сродством и специфичностью к целевому объекту. Затем применяется окончательный обогащенного бассейн, и константы диссоциации (dK) и избирательности против потенциал, мешая веществ определяются различные методы фильтрации привязки, аффинной хроматографии, поверхности плазмон резонанс (СРП), и т.д. 15

Из-за крайне плохой растворимостью в воде и отсутствие функциональными группами для иммобилизации поверхности теоретически трудно aptamer отбора СОЗ. Значительных успехов для SELEX ускорили открытие аптамеры. Однако выбор конкретной группе аптамеры СОЗ пока не сообщалось. Пока только аптамеры PCB-связывания ДНК с высокой точностью для некоторых конгенеров были определены16. Паес используются главным образом в поливинилхлоридных материалов, изменяя Поливиниловый хлорид из жесткого пластика для эластичного пластика, таким образом в качестве пластификатора. Некоторые Паес были определены как эндокринные расстройства, могут нанести серьезный ущерб печень и почки, снижения подвижности мужской спермы и может привести к морфологии аномальной спермы и яичка рака17. Соединение – ни аптамеры PAE-привязки конкретной группе не поступало.

Цель этой работы заключается в том, предоставить представитель протокола для выбора конкретной группе аптамеры ДНК для высокой гидрофобностью малых молекул, таких как Паес, представитель группы СОЗ. Мы также продемонстрировать применение выбранного aptamer для обнаружения загрязнения окружающей среды. Этот протокол обеспечивает руководство и понимание для обнаружения aptamer других гидрофобные малых молекул.

Protocol

1. Библиотека и конструкции праймера и синтез Дизайн первоначальной библиотеки и грунтовки.Библиотека (0бассейн): 5′-TCCCACGCATTCTCCACATC-N40-CCTTTCTGTCCTTCCGTCAC-3’Вперед грунтовка (ПС): 5′-TCCCACGCATTCTCCACATC-3’Фосфорилированных обратный грунтовка (PO4- RP): 5′-PO4- GTGACGGAAGGACAGAAAGG-3′ Си…

Representative Results

Мы разработан и синтезированных аминогруппы функционализированных Дибутилфталат (DBP-NH2) как цели привязки (Рисунок 1F). Затем мы провели ДНК aptamer выбор Паес, используя DBP-NH2 как объект привязки и после классической целевого метода на основе имм…

Discussion

Одним из выдающихся преимуществ аптамеры является, что они идентифицируются посредством метода в vitro SELEX, в то время как антитела создаются через immunoreactions в естественных условиях . Таким образом аптамеры могут быть выбраны с желаемой цели специфичности в хорошо продуманных эк?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы признательны за финансовую поддержку от национального фонда естественных наук (21675112), проект ключ плана науки и технологии Пекина образования Комиссии (KZ201710028027) и Яньцзин молодой ученый программа Capital Normal University.

Materials

UV-2550 Shimadzu,Japan protocol, section 3.8.2
DNA Engnine Thermal cycler,PTC0200 BIO-RAD section 3.5.1.2 and 3.5.2
C1000 Touch BIO-RAD section 5.3.6 and 6.3
VMP3 multichannel potentiostat Bio-Logic Science, Claix, France section 7.4,7.8 and 7.11
Epoxy-activated Sepharose 6B GE Healthcare (Piscataway, NJ, USA) 10220020 argarose beads, section 2.3 and 3.3
Dynabeads M-270 carboxylic acid magnetic beads Invitrogen, USA 420420 magnetic beads,section 5.2. and 5.3
Premix Taq Hot Start Version Takara,Dalian,China R028A polymerase, section 3.5.1.1
PARAFILM Sealing Membrane Bemis, USA PM-996 section 3.6.5
Lambda Exonuclease Invitrogen, USA EN0561 section3.7.1.2.The 10 × reaction buffer is provided along with λ exonuclease by the provider.
Dr. GenTLE
Precipitation Carrier		 Takara,Dalian,China 9094 section 3.6.2 and 3.8.1
UNIQ-10 PAGE DNA recovery kit Sangon Biotech (Shanghai) B511135 section 4.2
SYBR Gold nucleic acid gel stain Invitrogen, USA 1811838 nucelic acid stain dye, section 3.5.1.5
SYBR Premix Ex Taq II Takara,Dalian,China RR820A polymerase mix contaning polymerase and dNTPs, section 5.3.5
2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) Sigma-Aldrich CAS: 1132-61-2 section 5.2.1
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) Invitrogen, USA CAS: 25952-53-8 section 5.2.2
N-hydroxysuccinimide (NHS) Sigma-Aldrich 6066-82-6 section 5.2.3
mercaptohexanol (MCH) Sigma-Aldrich CAS: 1633-78-9 section 7.7
Gold electrode Shanghai Chenhua CHI101 section 7.4. – 7.11
tris(2-carboxyethyl) phosphine hydrochloride (TCEP) Sigma-Aldrich CAS: 51805-45-9 section 7.5
O-(2-Mercaptoethyl)-O'-methyl-hexa-(ethylene glycol) Sigma-Aldrich CAS: 651042-82-9 section 7.7
diethylhexyl phthalate (DEHP) National Institute of Metrology, China CAS: 117-81-7 section 7.11
Tween 20 Sigma-Aldrich CAS: 9005-64-5 polyoxyethy-lene(20) sorbaitan monolaurate
Triton X-100 Sigma-Aldrich CAS: 9002-93-1 non-ionic surface active agent
PBS Sigma-Aldrich P5368 10 mM phosphate buffer containing 1 M NaCl, pH 7.4
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vorkamp, K., Riget, F. F. A review of new and current-use contaminants in the Arctic environment: Evidence of long-range transport and indications of bioaccumulation. Chemosphere. 111, 379-395 (2014).
  2. Net, S., Sempere, R., Delmont, A., Paluselli, A., Ouddane, B. Occurrence, fate, behavior and ecotoxicological state of phthalates in different environmental matrices. Environ Sci Technol. 49 (7), 4019-4035 (2015).
  3. Xie, Q. L., Liu, S. H., Fan, Y. Y., Sun, J. Z., Zhang, X. K. Determination of phthalate esters in edible oils by use of QuEChERS coupled with ionic-liquid-based dispersive liquid-liquid microextraction before high-performance liquid chromatography. Anal BioanalChem. 406 (18), 4563-4569 (2014).
  4. Ierapetritis, I., Lioupis, A., Lampi, E. Determination of phthalates into vegetable oils by isotopic dilution gas chromatography mass spectrometry. Food Anal Methods. 7 (7), 1451-1457 (2014).
  5. Sun, J. Z., He, H., Liu, S. H. Determination of phthalic acid esters in Chinese white spirit using dispersive liquid-liquid microextraction coupled with sweeping beta-cyclodextrin-modified micellar electrokinetic chromatography. J Sep Sci. 37 (13), 1679-1686 (2014).
  6. Yilmaz, P. K., Ertas, A., Kolak, U. Simultaneous determination of seven phthalic acid esters in beverages using ultrasound and vortex-assisted dispersive liquid-liquid microextraction followed by high-performance liquid chromatography. J Sep Sci. 37 (16), 2111-2117 (2014).
  7. Sun, R., Zhuang, H. An ultrasensitive gold nanoparticles improved real-time immuno-PCR assay for detecting diethyl phthalate in foodstuff samples. Anal Biochem. 480, 49-57 (2015).
  8. Sun, R. Y., Zhuang, H. S. A sensitive heterogeneous biotin-streptavidin enzyme-linked immunosorbent assay for the determination of di-(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP) in beverages using a specific polyclonal antibody. Anal Methods. 6 (24), 9807-9815 (2014).
  9. Zhou, L., Lei, Y., Zhang, D., Ahmed, S., Chen, S. An ultra-sensitive monoclonal antibody-based enzyme-linked immunosobent assay for dibutyl phthalate in human urinary. Sci Total Environ. 541, 570-578 (2016).
  10. Shen, J., Li, Y., Gu, H., Xia, F., Zuo, X. Recent development of sandwich assay based on the nanobiotechnologies for proteins, nucleic Acids, small Molecules, and ions. Chem Rev. 114 (15), 7631-7677 (2014).
  11. Yin, X. -. B. Functional nucleic acids for electrochemical and electrochemiluminescent sensing applications. TrAC, Trends Anal Chem. 33, 81-94 (2012).
  12. Nguyen, V. -. T., Kwon, Y. S., Gu, M. B. Aptamer-based environmental biosensors for small molecule contaminants. Curr Opin Biotechnol. 45, 15-23 (2017).
  13. Groher, F., Suess, B. In vitro selection of antibiotic-binding aptamers. Methods. 106, 42-50 (2016).
  14. Yang, K. -. A., Pei, R., Stojanovic, M. N. In vitro selection and amplification protocols for isolation of aptameric sensors for small molecules. Methods. 106, 58-65 (2016).
  15. Jing, M., Bowser, M. T. Methods for measuring aptamer-protein equilibria: a review. Anal. Chim. Acta. 686 (1-2), 9-18 (2011).
  16. Mehta, J., et al. Selection and characterization of PCB-binding DNA aptamers. Anal Chem. 84 (3), 1669-1676 (2012).
  17. Matsumoto, M., Hirata-Koizumi, M., Ema, M. Potential adverse effects of phthalic acid esters on human health: A review of recent studies on reproduction. Regul Toxicol Pharm. 50 (1), 37-49 (2008).
  18. Goodchild, J. Conjugates of oligonucleotides and modified oligonucleotides: a review of their synthesis and properties. Bioconjug Chem. 1 (3), 165-187 (1990).
  19. Brown, D. M. A brief history of oligonucleotide synthesis. Protocols for Oligonucleotides and Analogs: Synthesis and Properties. , 1-17 (1993).
  20. Reese, C. B. Oligo-and poly-nucleotides: 50 years of chemical synthesis. Org Biomol Chem. 3 (21), 3851-3868 (2005).
  21. Sproat, B., Colonna, F., Mullah, B., et al. An efficient method for the isolation and purification of oligoribonucleotides. Nucleos Nucleot Nucl. 14 (1-2), 255-273 (1995).
  22. Han, Y., et al. Selection of group-specific phthalic acid esters binding DNA aptamers via rationally designed target immobilization and applications for ultrasensitive and highly selective detection of phthalic acid esters. Anal Chem. 89 (10), 5270-5277 (2017).
  23. Bartlett, J. M. S., Stirling, D. A short history of the polymerase chain reaction. PCR protocols. , 3-6 (2003).
  24. Saiki, R. K., Scharf, S., Faloona, F., et al. Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia. Science. 230, 1350-1354 (1985).
  25. Albright, L. M., Slatko, B. E. Denaturing polyacrylamide gel electrophoresis. Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry. , A. 3B 1-A. 3B 5 (2001).
  26. Summer, H., Grämer, R., Dröge, P. Denaturing urea polyacrylamide gel electrophoresis (Urea PAGE). JoVE. (32), e1485 (2009).
  27. Jing, M., Bowser, M. T. Methods for measuring aptamer-protein equilibria: a review. Anal Chim Acta. 686 (1), 9-18 (2011).
  28. Sharma, T. K., Bruno, J. G., Dhiman, A. ABCs of DNA aptamer and related assay development. Biotechnol Adv. 35 (2), 275-301 (2017).
  29. Liu, R., et al. Signaling-probe displacement electrochemical aptamer-based sensor (SD-EAB) for detection of nanomolar kanamycin A. Electrochim Acta. 182, 516-523 (2015).
  30. Mendonsa, S. D., Bowser, M. T. In vitro evolution of functional DNA using capillary electrophoresis. J Am Chem Soc. 126, 20-21 (2004).
  31. Lou, X. H., et al. Micromagnetic selection of aptamers in microfluidic channels. Proc Natl Acad Sci USA. 106 (9), 2989-2994 (2009).
  32. Cho, M., et al. Quantitative selection of DNA aptamers through microfluidic selection and high-throughput sequencing. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 15373-15378 (2010).
  33. Cho, M., et al. Quantitative selection and parallel characterization of aptamers. Proc Nat Acad Sci USA. 110 (46), 18460-18465 (2013).
  34. Song, K. -. M., et al. Gold nanoparticle-based colorimetric detection of kanamycin using a DNA aptamer. Anal Biochem. 415 (2), 175-181 (2011).
  35. Yang, Z., Ding, X., Guo, Q., et al. Second generation of signaling-probe displacement electrochemical aptasensor for detection of picomolar ampicillin and sulfadimethoxine. Sens Actuators B. 253 (2017), 1129-1136 (2017).
  36. Lou, X., Zhao, T., Liu, R., Ma, J., Xiao, Y. Self-assembled DNA monolayer buffered dynamic ranges of mercuric electrochemical sensor. Anal Chem. 85 (15), 7574-7580 (2013).
  37. Zhao, T., et al. Nanoprobe-enhanced, split aptamer-based electrochemical sandwich assay for ultrasensitive detection of small molecules. Anal Chem. 87 (15), 7712-7719 (2015).
  38. Lou, X., He, L. A. Surface passivation using oligo(ethylene glycol) in ATRP-assisted DNA detection. Sens Actuators,B. 129 (1), 225-230 (2008).

Tags

Keywords: Phthalic Acid EsterDNA AptamerElectrochemical AptasensorHydrophobic MoleculesGroup-specific AptamersLambda ExonucleaseNative PAGE GelMagnetic BeadsPAE Binding Buffer
check_url/kr/56814?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Wu, X., Diao, D., Lu, Z., Han, Y., Xu, S., Lou, X. Phthalic Acid Ester-Binding DNA Aptamer Selection, Characterization, and Application to an Electrochemical Aptasensor. J. Vis. Exp. (133), e56814, doi:10.3791/56814 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image