Was ist ein Nukleinsäureextraktor?
Nukleinsäureextraktoren werden zur Trennung und Reinigung von Nukleinsäuren aus Proben verwendet.
Nukleinsäuren sind ein Sammelbegriff für Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA), Biopolymere, die aus Nukleotiden bestehen, die durch Phosphodiesterbindungen verbunden sind. In vivo sind sie für die Codierung der genetischen Information verantwortlich.
Die Identifizierung und Analyse von Nukleinsäuren kann zur Aufklärung biologischer Funktionen, zur Klärung von Krankheitsmechanismen und zur Erstellung klinischer Diagnosen verwendet werden, erfordert jedoch die Extraktion von Nukleinsäuren aus Proben und Präparaten. Nukleinsäureextraktoren automatisieren und verbessern die Effizienz der Nukleinsäureextraktion, die traditionell manuell durchgeführt wurde.
Es gibt verschiedene Arten von Nukleinsäureextraktoren. Da sich die Arten der zu verarbeitenden Nukleinsäuren, die Anzahl der Proben, die Extraktionszeit usw. unterscheiden, ist es wichtig, das für den jeweiligen Zweck am besten geeignete Gerät auszuwählen.
Anwendungen von Nukleinsäureextraktoren
Die Nukleinsäureextraktion wird zum Zweck der Analyse der extrahierten Nukleinsäuren durchgeführt. Im Bereich der Forschung und Entwicklung wird diese Technologie eingesetzt, um die Mechanismen biologischer Funktionen und Krankheiten aufzuklären, während sie im klinischen Bereich zur genetischen Diagnose und Analyse verwendet wird.
1. Forschung und Entwicklung
Im Bereich Forschung und Entwicklung wird die Nukleinsäureextraktion aus kultivierten Zellen, E. coli, Prokaryoten und Pflanzen durchgeführt. Die extrahierten Nukleinsäuren werden mittels Echtzeit-PCR oder Sequenzierern der nächsten Generation amplifiziert und zur Sequenzidentifizierung und -analyse verwendet.
2. Klinischer Bereich
Im klinischen Bereich wird die Nukleinsäureextraktion aus peripheren Blutproben und formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten (FFPE) Proben von Darmgewebe durchgeführt. Die extrahierten Nukleinsäuren können analysiert werden, um genetische Mutationen nachzuweisen.
Es wird auch verwendet, um bakterielle und virale Nukleinsäuren aus Proben für die Diagnose von Infektionskrankheiten zu extrahieren. Bei der Diagnose von COVID-19 wird beispielsweise virale RNA aus Proben wie Rachen- und Nasenabstrichen von Patienten extrahiert und mittels PCR-Reaktion für den Test amplifiziert.
3. Forensische Medizin
In der Gerichtsmedizin kann die DNA-Extraktion aus Haaren, Speichel, Blut, Knochen und Zähnen zur Identifizierung von Personen in Fällen und Unfällen erforderlich sein.
Funktionsweise von Nukleinsäureextraktoren
Nukleinsäureextraktoren sind Geräte, die Aufgaben der Nukleinsäure-Extraktion, die früher manuell mit Hilfe von Kits durchgeführt wurden, genauer und automatisch erledigen. Sie sind mit Funktionen wie Zentrifugieren, Erhitzen, Schütteln und Pipettieren ausgestattet. Sie können alles von der Probenzerkleinerung bis zur Extraktion und Aufreinigung vollautomatisch durchführen, und einige von ihnen messen sogar die Konzentration (Reinheit) und führen vollautomatisch Tests durch.
Die in vielen Nukleinsäureextraktoren verwendeten Funktionsweisen sind die Magnetic-Bead-Methode und die Silicamembran-Methode.
1. Magnetic-Bead-Methode
Bei der Magnetic-Bead-Methode werden die Nukleinsäuren durch Bindung von Magnetkügelchen in Anwesenheit eines chaotropen Salzes oder einer anderen Substanz aufgetrennt. Ein Chaotrop ist eine Substanz, die die Wechselwirkung zwischen den Wassermolekülen verringert und dadurch deren Struktur destabilisiert.
Mit anderen Worten, der chaotrope Effekt, der durch eine ausreichend große Anzahl chaotroper Substanzen hervorgerufen wird, bewirkt, dass die in wässriger Lösung suspendierten Nukleinsäuren an die Beads gebunden werden. Diese Methode ist leicht zu automatisieren, da die Beads durch magnetische Kraft getrennt werden können. Die an die Beads gebundenen Nukleinsäuren werden durch Waschen und Eluieren extrahiert.
2. Silikamembran-Methode
Bei der Silikamembran-Methode wird DNA oder RNA adsorbiert und durch Einstellen der Salzkonzentration und des pH-Werts eluiert. Bei den Nukleinsäureextraktoren mit Silikamembran wird die gelöste Probe zunächst an eine Spin-Säule mit einer Silikamembran adsorbiert.
Anschließend wird der Silikamembranfilter mit den im Kit enthaltenen Reagenzien gewaschen, und schließlich werden die Zielnukleinsäuren eluiert. Es gibt keine Verschleppung und darüber hinaus stellt eine Beladungskontrolle sicher, dass Probe, Reagenzien, Röhrchen usw. korrekt beladen sind.
Durch Wechsel der entsprechenden Kits und Protokolle kann die Aufreinigung von Plasmid-DNA, genomischer DNA, viralen Nukleinsäuren, RNA und sogar Proteinen automatisch durchgeführt werden.
Arten von Nukleinsäureextraktoren
Nukleinsäureextraktoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie mehrere Proben gleichzeitig verarbeiten können. Die Anzahl der Proben, die verarbeitet werden können, reicht von wenigen oder 16 Proben bis hin zu 48 oder 96 Proben. Die Probenmenge, die verarbeitet werden kann, hängt ebenfalls vom Gerät ab, kann aber von etwa 100 µl bis zu 5 ml oder 10 ml reichen. Je nach Modell kann die Nukleinsäureextraktion in einer kurzen Zeitspanne von etwa 25 bis 60 Minuten abgeschlossen werden.
Zu den in den Extraktionsgeräten verwendeten Trennmethoden gehören die Magnetic-Bead-Methode oder die Silikamembran-Methode unter Verwendung von Spin-Säulen. Es ist zu beachten, dass die Art des verwendeten Extraktionskits auch von der Maschine abhängt. Je nach Gerät gibt es verschiedene Typen, z. B. solche, die die Arbeit nur mit der Aufreinigung abschließen, solche, die bis zur Reinheitsmessung reichen, und solche, die es ermöglichen, die Probe direkt in das nachfolgende Analysegerät zu überführen, z. B. für eine PCR-Reaktion.