CN101684463A - 微量临床样本中核酸的快速提取方法及其试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从各种微量临床样本中快速处理和提取核酸的方法,包括细胞裂解、滤膜吸附和洗脱提取核酸(DNA和RNA)步骤。本发明还涉及用于临床样本核酸快速提取的试剂盒及其用途。
Description
技术领域
本发明涉及各种临床样本中核酸的快速提取方法。更具体地,本发明涉及应用微量临床样本核酸快速提取装置从各种微量临床样本中快速处理和提取核酸的方法,包括细胞裂解、滤膜吸附和洗脱提取核酸(DNA和RNA)步骤。本发明还涉及用于临床样本核酸快速提取的试剂盒及其应用。
背景技术
(一)临床样本的前处理
临床常常需要从各种生物组织或细胞中抽提基因组DNA或RNA,应用核酸扩增技术测定其成分,这是用于病症的辅助性分析和诊断的一种高度敏感,且最为直接的检测手段。由于临床标本中含有蛋白质、脂类等物质,会干扰其下游扩增反应,故在进行检测反应前必须进行生物样本的处理和核酸提取。由于样本的处理及保存对DNA和RNA(尤其是RNA)的影响较大,因此在核酸标本的适当的预处理及保存对核酸模板的成功提取具有决定性作用。临床常见的标本有全血、分泌物、棉拭子、脓液、体液等,这些临床标本的处理和保存方法各有不同。以下是不同临床标本的处理方法及步骤:
1.痰标本
痰属于分泌物,临床上常用作结核杆菌DNA测定样本,由于痰标本中含大量粘蛋白和杂质,故在核酸提取时,一定要对标本进行前处理,即用液化液去除粘蛋白,然后用煮沸或蛋白酶、酚/氯仿等经典法提取核酸。
2.棉拭子
用核酸扩增方法检测性病病原体时(衣原体、支原体、淋球菌、梅毒螺旋体、单纯性疱疹病毒、人乳头状瘤病毒等),临床标本一般为棉拭子。现在应用的处理棉拭子具体方法为,用棉拭子取分泌物,置无菌试管或EP管内,在样本管中加无菌生理盐水,充分震荡混匀后离心,弃上清,沉淀加无菌生理盐水1ml,打匀的离心,重复洗涤一次,弃上清,沉淀即可用于核酸提取。
3.体液
体液标本,包括胸水、腹水、脑脊液、尿液等,可直接离心5分钟,取沉淀物提取核酸。
血性胸腹水,可加等体积红细胞裂解液,震荡混匀后离心,可根据情况重复2-3次,沉淀物用于核酸提取。
4.脓液
粘稠脓液:同痰标本处理,先将其液化,再离心取沉淀提取核酸。
水样脓液:直接离心,沉淀用生理盐水洗2-3次后用于核酸提取。
5.全血标本
通常用来提取外周血单个核细胞核酸:如基因组DNA、线粒体DNA、总RNA等。需要采用前处理,即加适量的红细胞裂解液(破膜液),裂解全血中的红细胞;随后再加适量的细胞核裂液(破核液),裂解白细胞中的细胞核,使核内核酸释放出来;最后再加SDS(十二烷基硫酸钠)等去污剂,溶解脂蛋白,解聚核蛋白。
(二)核酸提取
核酸提取已经成为了分子生物学实验技术中的最重要、最基本的操作,但是目前核酸的提取方案纷繁浩渺。分子诊断市场的发展和测序市场、功能基因组计划的启动已经为核酸提取市场加足了油,传统的操作流程已经被更为简便和自动化的化学溶液代替,现在前市场上大部分核酸提取系统包括一个固体的纯化支持物,如离心柱里的薄膜,或者磁珠。有一些则设计成方便使用的微孔板的形式。
核酸在细胞中都是以与蛋白质结合的状态存在,在核酸提取过程中应根据不同研究需要,保证核酸结构的相应完整性;尽量排除其它大分子成分(蛋白质、多糖等)的污染;和保证提取样本中不含对酶有抑制作用的有机溶剂及高浓度的金属离子。表1是对几种DNA提取方法比较:
表1:各种DNA提取方法比较
方法名称 | DNA提取 | 适用范围 | 方法评价 |
传统法 | 酚/氯仿等有机溶剂抽提 | 大多数标本DNA提取纯化 | DNA纯度高、片段大、含量多,但比较费时,步骤繁琐,使用有机溶剂,有损操作者健康。 |
螯合树脂法 | Chelex 100树脂 | 培养及各种临床标本 | 可用于培养标本和各种临床标本细菌及部分病毒核酸的提取。 |
旋转离心柱法 | 硅载体吸附 | 大多数标本DNA提取纯化 | DNA纯度高,但比较费时,步骤繁琐,洗脱的效率是关键。 |
玻璃粉法 | 玻璃粉吸附,离心分离 | 土壤标本 | 方法简便,可用于土壤中细菌芽孢DNA的提取,不能彻底除去PCR抑制剂。 |
磁珠法 | 磁珠吸附,磁场分离 | 冰冻、陈旧组织 | 简单、快速,整个过程不到20分钟,可以获得较纯的DNA。适于少量样本。 |
免疫亲和法 | 抗原抗体反应,磁场分离 | 冰冻、陈旧组织,样本含量很少的标本 | DNA纯度高,含量多,适于样本含量少的标本,抗DNA单克隆抗体的制备是关键。 |
基因诊断试剂的发展可有两个方向,一是高通量、自动化、精密而复杂的仪器设备,满足高层次医院的需求;二是快速、低价、使用简单仪器或无仪器的诊断试剂,用于床边快速诊断和基层医疗单位,直接服务于广大人民大众。大多数欧美国家的生物公司选择开发利润丰厚的高级仪器,在大医院中形成激烈竞争。
发明内容
本申请人选择不同的发展方向,致力于开发满足快速核酸诊断和基层医疗单位的系列产品。微量临床样本核酸快速提取装置就是以此为出发点,建立一种无需仪器的快速简单的微量核酸临床样本的提取办法,为快速核酸诊断提供了一个良好的基础,同时在真正意义上体现了申请人致力于完成的使命:作为沟通先进生物技术和人民大众间的桥梁,重点是开发快速、低价、使用简单仪器的诊断试剂。结合细胞裂解技术,用无仪器滤膜吸附核酸的样本提取装置对已裂解的临床样本中的核酸进行提取,用于病症的辅助性分析和诊断。
具体地说,本发明提供一种从各种微量临床样本中快速提取核酸的方法,其包括以下步骤:
(a)将临床样本加入裂解液,混匀;
(b)抽吸临床样本,流经过滤膜,样本中的核酸成分因膜的特异性吸附而吸附在过滤膜上,滤液为有细胞碎屑和蛋白质的废液;
(c)抽吸清洗液,流经过滤膜,清洗过滤膜上残留的蛋白质或其它有形成分,弃滤液;
(d)抽吸洗脱液,流经过滤膜,将吸附在膜上的核酸成分洗脱,而得到不含有其他杂质的核酸水溶液,用于核酸扩增。
本发明还提供应用本发明上述方法的微量临床样本核酸快速提取试剂盒,其包括微量临床样本核酸快速提取装置、细胞裂解液、清洗液及洗脱液,其中提取装置由尖口吸管、过滤器、抽吸装置组成。
本发明还提供上述试剂盒在传染病病原体、宿主或病原体基因突变和单核苷酸多态性检测中的用途。
更具体地说,本发明提供一种从各种微量临床样本中快速提取核酸的方法,其包括以下步骤:
(a)将临床样本加入裂解液,混匀,使细胞破碎,释放核酸成分;
(b)抽吸临床样本,流经过滤膜,样本中的核酸成分因膜的特异性吸附而吸附在过滤膜上,滤液为有细胞碎屑和蛋白质的废液,达到核酸与其它成分和细胞碎屑分离的作用;
(c)抽吸清洗液,流经过滤膜,清洗过滤膜上残留的蛋白质或其它有形成分,弃滤液,完成了吸附在滤膜上的核酸成分的清洗;
(d)抽吸洗脱液,流经过滤膜,将吸附在膜上的核酸成分洗脱,而得到不含有其他杂质的核酸水溶液,用于核酸扩增。
在本发明的具体实施方案中,所述核酸为DNA或RNA。
用于本发明方法的裂解液是临床上常用的异硫氰酸胍溶液,可使细胞裂解。同样适用于本发明的其他裂解液可以是盐酸胍或肌酸胍。裂解液的使用量与临床样本体积的比率通常为1-2∶1,优选1∶1,即等量。
用于本发明方法的清洗液是PH<7的清洗液。
用于本方明方法的洗脱液是10mM的Tris-HCL。
用于本发明方法的过滤膜是硅胶膜,是市场销售的产品。
为实施本发明的方法,本发明人设计了一种微量临床样本核酸快速提取装置,其中由尖口吸管、过滤器、抽吸装置组成。
用于本发明的尖口吸管是市场销售的通用产品。
用于本发明的带有上述的硅胶过滤膜的过滤器,是市场销售的产品。外壳材质为聚丙烯,不含粘合剂,因而不会污染样本。上、下部由超声波焊接成一体,耐高压,不存在样本的泄露问题
用于实施本发明方法的抽吸操作的抽吸装置是注射器或塑料泡,尤其是一次性注射器。
本发明的突出的有益效果是在处理生物样本的过程中取代了高转速离心机,利用微量临床样本核酸快速提取装置就可以在液相非均匀体系中达到分离的效果。本发明可以作为核酸扩增前对生物样本进行核酸提取的一种简捷手段,提取出的样本纯度足够符合下一步核酸扩增的要求,同时不需要任何仪器、操作安全和简单、一次性使用,因而可以被广泛地应用于病原体或宿主核酸提取,用于临床检测和诊断。微量临床样本核酸快速提取装置成本低廉,操作简单同时又不需要任何特殊仪器,操作时间(不包括样本预处理和裂解时间)极短,大约只需要1-2分钟,因而本发明可以被广泛地应用于一些实验条件相对较差的基层医院和经济不发达地区或国家;同时,也可以很好地满足高层次医院的需求,特别是急诊室和床边的核酸快速诊断。下表是微量临床样本核酸快速提取装置与离心机处理技术对生物样本处理时各种性能的比较:
表2:离心机与微量临床样本核酸快速提取装置性能比较
比较项目 | 离心机处理 | 微量临床样本核酸快速提取装置 |
液固分离 | 能 | 能 |
操作时间 | 长,约5-10分钟 | 短,约1-2分钟 |
完成通量 | 大,根据离心机性能不等 | 小,每次只能完成一个样本 |
操作复杂性 | 低 | 极低 |
对实验条件的要求 | 较高 | 极低(无仪器要求) |
附图说明
图1是用于本发明的微量临床样本核酸快速提取装置-I的结构示意图,它由尖口吸管、针头式过滤器和抽吸装置(注射器)三部分组成;
图2是用于本发明的微量临床样本核酸快速提取装置-II的结构示意图,它由尖口吸管、硅胶膜过滤器和抽吸装置(塑料泡)三部分组成;
图3是用于本发明的微量临床样本核酸快速提取装置-III的结构示意图,它由塑料尖口吸管、塑料保护夹层中的滤膜(硅胶膜)和抽吸装置(塑料泡)三部分组成;
图4是本发明实施例1得到的结核杆菌(TB)DNA扩增核酸试纸条检测结果;
图5是本发明的实施例2得到的沙眼衣原体(CT)DNA扩增核酸试纸条检测结果;
图6是本发明的实施例3得到的丙型肝炎病毒(HCV)RNA扩增核酸试纸条检测结果;
图7是本发明的实施例4得到的犬细小病毒(CPV)DNA扩增核酸试纸条检测结果。
具体实施方式
以下结合附图1、图2和图3装置结构示意图,简要说明本发明的一项具体实施方案的操作方式。
在本发明方法中使用的装置结构如附图1、图2和图3所示,微量临床样本核酸快速提取装置由三部分组成:尖口吸管1、过滤器2和抽吸装置3。利用微量生物样本提取核酸,以微量临床样本核酸快速提取装置的吸附核酸作用达到核酸分离的目的。本发明就是在临床样本进行裂解后,利用微量临床样本核酸快速提取装置对临床样本过滤吸附、清洗,以及洗脱,提取DNA和RNA。
首先用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸已裂解的微量临床核酸生物样本,样本流经过滤器2过滤后,核酸由于特异性的吸附作用而被吸附在过滤膜上,进入抽吸装置3的滤液则为不含有核酸成分的废液,从而达到分离核酸的作用;然后将废液推出丢弃,接着用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸清洗液,清洗过滤膜上的杂质,将清洗液推出弃掉,这样核酸成分由于滤器中滤膜的吸附作用而被留在了滤膜上,液体成分被滤过,从而完成了样本中核酸成分的富集和清洗;用微量临床样本核酸快速提取装置抽取一定量的洗脱液,冲洗吸附在滤膜上的核酸成分,然后将液体推出,得到核酸溶液,从而用于核酸扩增。
在使用微量临床样本核酸快速提取装置提取样本的整个过程中起到最关键作用的是过滤器,其中的滤膜对核酸有特异的吸附作用,然后洗脱,以达到分离,净化,提纯的目的,因而保证少量或高价值样本的最大回收量。
通常情况下,裂解后的核酸提取需要在液相非均匀体系中,利用离心力来达到液液分离,液固分离的效果,含有目的核酸的水溶液就会被分离出来。而采用本发明的微量临床样本核酸快速提取装置进行核酸抽提时只要简单的“三步抽吸”就可以完成所有操作:“一抽”:用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸上述裂解后的生物样本液体,抽吸装置里的滤液是不含核酸成分的废液;“二抽”:继续抽吸清洗液,从而完成清洗杂质的目的;“三抽”:将吸附在滤膜上的核酸成分洗脱,从而完成了生物样本中核酸成分的提取。
本发明还提供应用本发明上述方法的微量临床样本核酸快速提取试剂盒,其包括微量临床样本核酸快速提取装置、细胞裂解液、清洗液及洗脱液,其中提取装置由尖口吸管、过滤器、抽吸装置组成。
在本发明的一个具体实施方案中,所述的微量临床样本核酸快速提取装置-I由所购的市售部件组成,抽吸装置为普通临床用的一次性塑料注射器一次性医用注射器,滤器为一次性硅胶膜针头式过滤器,尖口吸管为圆钝的金属吸管,如附图1。
在本发明的另一具体实施方案中,所述的自行设计的微量临床样本核酸快速提取装置-II与微量临床样本核酸快速提取装置-I,不同的地方为抽吸装置,采用积压后可以抽吸液体的塑料泡,以及前端可以进入样本管中的一次性成型的塑料尖嘴吸管,如附图2。
在本发明的又一具体实施方案中,所述的自行设计的微量临床样本核酸快速提取装置-III同样由三个部分组成:1为前端可以进入样本管中的一次性成型的塑料尖嘴吸管,2为注塑在塑料保护夹层中的滤膜,3为可以积压后抽吸液体的塑料泡,如附图3。
另外,本发明还提供所述的试剂盒在传染病病原体、宿主或病原体基因突变和单核苷酸多态性检测中的用途。
下面结合具体实施例,进一步详细地阐述本发明:
实施例1:
痰液处理及TB DNA的提取
1.痰液液化
取结核杆菌(TB)待检者的痰液,将其转移至离心管中,加入1倍体积的痰液液化液充分震荡混匀,95℃-100℃加热10分钟,冷却至室温;
2.裂解
取1ml液化后的痰液,加入等量的裂解液;混匀后室温静置5分钟;利用微量临床样本核酸快速提取装置吸取上述混合液,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
3.清洗
利用微量临床样本核酸快速提取装置在装有清洗液的离心管里抽吸后,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
4.DNA洗脱
继续使用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸100ul洗脱液,把抽吸装置中的液体经经尖口吸管推出至一新的离心管中,备用。
5.核酸扩增
应用TB恒温扩增试剂,扩增提取出的TB DNA,具体反应如下:
TB扩增反应液 10微升
提取DNA溶液 5微升
ddH2O 5微升
总体积为 20微升
反应温度及时间:63℃,60分钟
6.结果检测
扩增产物应用核酸检测试纸条进行检测,结果如附图4。从附图4的结果可以看出,结核杆菌镜检结果阳性样本经扩增后核酸试纸条检测结果均为阳性。注:4+、3+、2+、1+分别为结核杆菌镜检结果阳性样本。
实施例2:
性传播疾病样本(棉拭子)的处理及病原体DNA的提取
1.洗脱
取沙眼衣原体(CT)待检患者的棉拭子样本,在其样本采集管中加1ml生理盐水,振荡混匀,确保棉拭子上分泌物被充分洗脱;
2.裂解
在上述洗脱液中加入等量的裂解液;混匀后室温静置5分钟;利用微量临床样本核酸快速提取装置吸取上述混合液,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
3.清洗
利用微量临床样本核酸快速提取装置在装有清洗液的离心管里抽吸后,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
4.DNA洗脱
继续使用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸100ul洗脱液,把抽吸装置中的液体经经尖口吸管推出至一新的离心管中,备用。
5.核酸扩增
应用CT PCR扩增试剂,分别扩增提取出的DNA,具体反应如下:
CT扩增反应液 10微升
提取DNA溶液 4微升
ddH2O 6微升
总体积为20微升
反应程序:95℃,5分钟
6.结果检测
扩增产物应用核酸检测试纸条进行检测,结果如附图5。从附图5的结果可以看出,不同病原体拷贝数的样本经过微量临床样本核酸快速提取装置处理后,检测结果均为阳性。
注:106、105、104分别为处理样本的病原体的实际拷贝数(/ml)
实施例3:
血清样本处理及丙型肝炎病毒(HCV)RNA的提取
1.裂解
取HCV血清样本200ul(冻存血清使用前在室温融解,振荡混匀10秒钟),加入等量裂解液,充分混匀,室温静置5分钟;利用微量临床样本核酸快速提取装置吸取上述混合液,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
2.清洗
利用微量临床样本核酸快速提取装置在装有清洗液的离心管里抽吸后,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
3.RNA洗脱
继续使用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸100ul洗脱液,把抽吸装置中的液体经经尖口吸管推出至一新的离心管中,备用
4.核酸扩增
应用RT-HCV恒温扩增试剂,扩增提取出的HCV RNA,具体反应如下:
RT-HCV扩增反应液 14微升
提取RNA溶液 6微升
总体积为20微升
反应温度及时间:60℃,120分钟
5.结果检测
扩增产物应用核酸检测试纸条进行检测,结果如附图6。从附图6的结果可以看出,不同病原体拷贝数的样本经过微量临床样本核酸快速提取装置处理后,检测结果均为阳性。
注:107、106、105、104分别为处理血清样本中病毒颗粒的实际拷贝数(/ml),同时采用体液病毒RNA提取试剂盒处理同样的血清标本,进行对照。
实施例4:
犬粪便样本处理及犬细小病毒(CPV)DNA的提取
1.洗脱
取待检犬(CPV)的肛拭子,在其样本采集管中加入1ml生理盐水,振荡混匀,确保棉拭子上粪便被充分洗脱;
2.裂解
在上述洗脱液中加入等量的裂解液;混匀后室温静置5分钟;利用微量临床样本核酸快速提取装置吸取上述混合液,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
3.清洗
利用微量临床样本核酸快速提取装置在装有清洗液的离心管里抽吸后,将抽吸装置中的滤液经尖口吸管推出弃掉;
4.DNA洗脱
继续使用微量临床样本核酸快速提取装置抽吸100ul洗脱液,把抽吸装置中的液体经尖口吸管推出至一新的离心管中,备用。
5.核酸扩增
应用CPV扩增试剂,扩增提取出的DNA,具体反应如下:
CPV扩增反应液 10微升
提取DNA溶液 2微升
ddH2O 8微升
总体积为20微升
反应程序:63℃,30分钟
6.结果检测
扩增产物应用核酸检测试纸条进行检测,结果如附图7。从附图7结果可以看出,经犬细小病毒抗体免疫试剂盒检测阳性的样本经扩增后核酸试纸条检测结果均为阳性。
注:4+、3+分别为犬细小病毒抗体检测试剂盒检测的阳性结果。
Claims (11)
1、一种从各种微量临床样本中快速提取核酸的方法,其包括以下步骤:
(a)将临床样本加入裂解液,混匀;
(b)抽吸临床样本,流经过滤膜,样本中的核酸成分因膜的特异性吸附而吸附在过滤膜上,滤液为有细胞碎屑和蛋白质的废液;
(c)抽吸清洗液,流经过滤膜,清洗过滤膜上残留的蛋白质或其它成分,弃滤液;
(d)抽吸洗脱液,流经过滤膜,将吸附在膜上的核酸成分洗脱,而得到不含有其他杂质的核酸水溶液,用于核酸扩增。
2、根据权利要求1的方法,其中所述核酸为DNA或RNA。
3、根据权利要求1的方法,其中采用抽吸装置完成抽吸操作。
4、根据权利要求3的方法,其中所述的抽吸装置为一次性注射器或塑料泡。
5、根据权利要求1-4的任何一种的方法,其中裂解液是异硫氰酸胍溶液,裂解液与临床样本的体积比为1-2∶1,洗脱液是10mM的Tris-HCL。
6、根据权利要求5的方法,其中裂解液与临床样本的体积比为1∶1。
7、根据权利要求1-4的任何一种的方法,其中所述过滤膜选自硅胶膜。
8、实施权利要求1-7的任何一种方法的微量临床样本核酸快速提取试剂盒,其包括微量临床样本核酸快速提取装置、细胞裂解液、清洗液及洗脱液,其中提取装置由尖口吸管(1)、过滤器(2)、抽吸装置(3)组成。
9、根据权利要求8的试剂盒,其中所述抽吸装置(3)是一次性注射器或塑料泡。
10、根据权利要求8或9的试剂盒,其中所述过滤器(2)选自硝硅胶膜过滤器。
11、权利要求8-10中任何一项所述的试剂盒在传染病病原体、宿主或病原体基因突变和单核苷酸多态性检测中的用途。
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