DE10006590B4 - Verwendung funktionalisierter Membranen bzw. Matrizes zur Aufreinigung von Nukleinsäuren sowie entsprechende Verfahren - Google Patents

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    • C12N15/1017Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by filtration, e.g. using filters, frits, membranes

Abstract

Verwendung einer funktionalisierten porösen Membran zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, deren Bindungseigenschaften für Nukleinsäuren über die Bedingungen in einem umgebenden Medium einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit Phosphorsäure-, Sulfonsäure- oder Carbonsäure-Gruppen funktionalisiert ist, wobei die Gruppen an Polymerketten gebunden sind, deren eines Ende an der Oberfläche der Membran fixiert ist und deren anderes Ende frei beweglich ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine funktionalisierte Membran bzw. Matrix zur Aufreinigung von Nukleinsäuren und auf Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, bei denen derartige Membranen/Matrizes zum Einsatz kommen.
  • Gattungsgemäße Membranen sind z. B. aus dem US-Patent 5438128 bekannt. Die hier beschriebenen porösen Polymermembranen, z. B. aus Polypropylen oder Nylon, sind mit Ionenaustauschergruppen funktionalisiert. Bei geringer Ionenkonzentration binden die funktionalisierten Membranen ionisierte Nukleinsäuren, während eine Elution der gebundenen Nukleinsäuren bei hoher Ionenkonzentration erfolgt.
  • Die bekannten Membranen werden in Verfahren bzw. Kits zur Nukleinsäureaufreinigung eingesetzt. Üblicherweise wird dabei zunächst das ggf. vorgereinigte, die Nukleinsäuren enthaltene Ausgangsmaterial in einem Bindungspuffer mit niedriger Ionenkonzentration durch die poröse Membran gesaugt oder gedrückt.
  • Beim Passieren der Membran werden die Nukleinsäuren selektiv von den Ionenaustauschergruppen an der Membranoberfläche gebunden. In einem nächsten Schritt wird die Membran dann ggf. mit einem Puffer höherer Ionenstärke gewaschen, um unspezifisch gebundene Verunreinigungen abzutrennen. Die Elution der gebundenen Nukleinsäuren erfolgt dann in einem weiteren Schritt mit einem Puffer noch höherer Ionenstärke.
  • Nachteilig an der bekannten Methode ist, dass wegen der hohen Salzkonzentration das Eluat vor einer weiteren Aufarbeitung in aller Regel weiter z. B. mittels Ethanolfällung oder Dialyse aufgereinigt werden muss.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine bezüglich ihrer Bindungseigenschaften für Nukleinsäuren schaltbare Membran bzw. Matrix für eine einfachere Aufreinigung von Nukleinsäuren bereitzustellen, sowie auf die Membran bzw. Matrix abgestimmte Verfahren zur Reinigung von Nukleinsäuren anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 8, 13 und 16 gelöst.
  • Die erfindungsgemäß zur Aufreinigung von Nukleinsäuren eingesetzten Membranen weisen als wesentliches Merkmal auf, dass ihre Oberfläche mit deprotonierbaren Gruppen funktionalisiert ist. Solche Membranen sind von Ulbricht und Riedel in Biomaterials 19 (1998) 1229–1237 in Verbindung mit der Immobilisierung von Proteinen beschrieben worden. Die erfindungsgemäße Bestimmung, nämlich die Aufreinigung von Nukleinsäuren, ist seinerzeit nicht erwähnt oder angedeutet worden.
  • Wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäß eingesetzten Membranen ist, dass sie aufgrund der Funktionalisierung mit deprotonierbaren Gruppen eine Oberflä che aufweisen, deren Affinität für Nukleinsäuren variabel einstellbar (schaltbar) ist. Wie sich gezeigt hat, lassen sich die Bindungseigenschaften der Membran insbesondere pH-abhängig und/oder in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration reproduzierbar einstellen.
  • Die Membranen können dabei z. B. zur Reinigung von Nukleinsäuren aus PCR-Ansätzen aber auch generell zur Reinigung von mRNA, Gesamt RNA oder DNA, insbesondere Plasmid-DNA (pDNA) oder genomischer DNA eingesetzt werden.
  • Das US-Patent 5693785 beschreibt den Einsatz von hydroxylierten Silika-Beads zur Aufreinigung von Nukleinsäuren. Allerdings ist bei den meisten hierin beschriebenen Aufarbeitungsprotokollen der Einsatz eines chaotropen Bindungspuffers erforderlich, um eine ausreichende Bindung der DNA an den Silika-Beads zu gewährleisten. In Abwesenheit von chaotropen Bindungspuffern erfolgt eine Bindung nur, wenn die Oberfläche stark elektropositiv geladen ist. Die Möglichkeit, die Bindungseigenschaften der Oberfläche in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen zu beeinflussen, wird an keiner Stelle angesprochen oder nahegelegt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz von funktionalisierten Membranen erfolgt die Bindung von Nukleinsäuren bevorzugt in Abwesenheit von chaotropen Reagenzien Die Elution der gebundenen Nukleinsäuren ist unter Niedrigsalzbedingungen und ggf. bei Raumtemperatur möglich, was die Aufarbeitung wesentlich vereinfacht. Natürlich ist aber auch eine Aufarbeitung in Gegenwart von chaotropen Reagenzien möglich, falls dies gewünscht ist.
  • In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Membranen bei einem pH-Wert unterhalb oder im Bereich des pK-Wertes ihrer Oberfläche und/oder erhöhter Ionenkonzentration gute Bindungseigenschaften für Nukleinsäuren aufweisen. Ver schiebt man den pH-Wert zum alkalischen und/oder erniedrigt man die Ionenkonzentration des die Membran umgebenden Mediums, so lässt die Affinität der Membran für Nukleinsäuren nach, und unter diesen Umständen ist z. B. die Elution der gebundenen Nukleinsäuren möglich.
  • Die Bedingungen, mit denen die Membranen zur Nukleinsäureaufreinigung eingesetzt werden können, lassen sich daher sehr variabel und den unterschiedlichen Anwendungszwecken angepasst einstellen.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass die Membranen aufgrund ihrer Funktionalisierung hydrophile Oberflächeneigenschaften aufweisen und deswegen sehr gut benetzbar sind. Im Hinblick auf die gute Benetzbarkeit können die Volumina der eingesetzten Elutionspuffer sehr gering gehalten werden.
  • Die erfindungsgemäß eingesetzten Membranen sind mit Sulfonsäure-, Carbonsäure- oder Phosphorsäuregruppen funktionalisiert. Solche Membranen besitzen besonders exakt schaltbare Oberflächeneigenschaften, d. h. ihre Affinität zu Nukleinsäuren lässt sich über den pH-Wert und/oder die Ionenkonzentration des umgebenden Mediums gut einstellen.
  • Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Membran mit schaltbaren Oberflächeneigenschaften genügt es grundsätzlich, die deprotonierbaren Gruppen direkt in bzw. an der Membranoberfläche vorzusehen. Wichtig ist lediglich, dass die Gruppen in Kontakt mit dem umgebenden Medium gelangen und in Abhängigkeit von den Bedingungen in dem Medium in neutralem oder deprotoniertem Zustand vorliegen.
  • Bevorzugt werden die Gruppen jedoch an Polymerketten, insbesondere z. B. Polyacrylsäure, vorgesehen, deren eines Ende an der Oberfläche der Membran fixiert ist und deren anderes Ende frei beweglich ist.
  • Membranen in dieser Ausgestaltung können unterschiedliche Grenzflächenzustände einnehmen. Bei einem pH-Wert unterhalb oder im Bereich des pK-Wertes der Membranoberfläche bzw. bei höheren Ionenkonzentrationen (z. B. > 500 mM) liegen die Polymerketten dicht an der Membran an. In diesem Zustand können Nukleinsäuremoleküle besonders effizient an der Membranoberfläche adsorbieren, wobei vermutlich heterogene Wechselwirkungen, wie van der Waals-Kräfte oder hydrophobe aber auch ionische Wechselwirkungen zwischen der Nukleinsäure und der Polymerkette sowie den funktionellen Gruppen der Polymerkette eine Rolle spielen.
  • Wird die Membranumgebung dagegen auf einen neutralen bis alkalischen pH-Wert und/oder eine niedrige Ionenkonzentration eingestellt, stehen die Polymerketten von der Membranoberfläche ab. In diesem Zustand lassen sich die gebundenen Nukleinsäuren in besonders einfacher Weise von den Polymerketten eluieren, wobei sowohl ionische Wechselwirkungen (die funktionellen Gruppen in den Polymerketten sind negativ geladen und stoßen das ebenfalls negativ geladene Nukleinsäuremolekül ab) als auch möglicherweise rein mechanische Gründe eine Rolle spielen.
  • Die erfindungsgemäß eingesetzten Membranen sind insbesondere aus Kunststoff hergestellt. Bevorzugte Materialien sind Polypropylen, Polyamid, Polyester, Polysulfon oder PVDF. Denkbar ist aber auch, Membranen aus anderen, z. B. anorganischen Materialien wie z. B. Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconoxid oder Siliciumdioxid herzustellen.
  • Membranen im erfindungsgemäßen Sinne sind alle flächigen Festphasen, die bevorzugt eine Schichtdicke von weniger als 500 Mikrometer aufweisen. Bevorzugt beträgt der Porendurchmesser 0,2 bis 10 Mikrometer.
  • Da die erfindungsgemäßen Membranen insbesondere in Hochdurchsatz-Applikationen eingesetzt werden sollen, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass sie zum Einsatz in Mikrotiterfilterplatten, Spin-Säulen oder Reaktionsgefäßen konfektioniert sind.
  • Bislang wurde die Erfindung im Hinblick auf den möglichen Einsatz von Membranen erläutert. Die zugrunde liegenden Prinzipien lassen sich aber auch auf andere zur Trennung von Nukleinsäuren einsetzbare durchströmbare Matrizes anwenden.
  • Die Erfindung soll daher zusätzlich auch den Einsatz solcher zur Aufreinigung von Nukleinsäuren geeigneten Matrizes abdecken, die mit einer wie oben angesprochenen funktionalisierten Oberfläche ausgestattet sind. Die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Membran angesprochenen Ausgestaltungen können auch bei solchen Matrizes Anwendung finden.
  • Eine besonders geeignete Matrix in diesem Zusammenhang wäre z. B. ein Filter. Geeignet wären aber auch Vlies, Filz, Fasern oder Sintermaterial. Als Matrix könnten weiterhin auch entsprechend ausgerüstete Pipettenspitzen oder Reaktionsgefäße (Consumables) mit z. B. Mikrostrukturkanälen in Frage kommen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin auch Verfahren zur Nukleinsäureaufreinigung, in denen die oben erwähnten Membranen oder Matrizes Anwendung finden können.
  • In diesem Zusammenhang sind zunächst in zwei unabhängigen Ansprüchen jeweils Verfahrensparameter angegeben, unter denen Nukleinsäuren selektiv gebunden werden können. In der nachfolgenden Erläuterung wird auf Membranen Bezug genommen. Die Ausführungen gelten aber auch sinngemäß für eine durchströmbare Matrix.
  • In einer ersten Variante erreicht man die Nukleinsäurebindung, in dem man eine Lösung des die Nukleinsäuren enthaltenen Ausgangsmaterials in einem Bindungspuffer mit einer Ionenkonzentration von mehr als 100 mM durch die Membran permeieren lässt, wobei man bevorzugt den pH-Wert auf einen Wert unterhalb oder im Bereich des pK-Werts der Membran- oder Matrixoberfläche einstellt. Während des Hindurchtretens werden die Nukleinsäuren selektiv von der Membranoberfläche absorbiert.
  • Besonders bevorzugt wird die Ionenkonzentration des Bindungspuffers auf einen Wert von > 500 mM eingestellt. Bei diesen Werten wurde eine reproduzierbare quantitative Ausbeute beobachtet.
  • In einer weiteren Variante ist es möglich, dass die Affinität der Membran/Matrix zu Nukleinsäuren zudem über den pH-Wert eingestellt wird. Bei dieser Variante wird ein Bindungspuffer mit einem pH-Wert gewählt, der im Bereich oder unterhalb oder im Bereich des pK-Wertes z. B. der Membranoberfläche liegt. Auch bei diesen Bedingungen werden die Nukleinsäuren nahezu quantitativ absorbiert, wenn man eine Lösung des die Nukleinsäuren enthaltenden Ausgangsmaterials in einem Bindungspuffer mit dem angesprochenen pH-Wert durch die Membran permeieren lässt.
  • Die dritte Variante schließlich sieht vor, dass man das Ausgangsmaterial in einen Bindungspuffer aufnimmt, der ein Fällungsmittel in einer Konzentration unter halb des Wertes enthält, in der Nukleinsäuren ausfallen. Als besonders geeignet hat sich hierbei Polyethylenglykol (PEG) herausgestellt, das dem Bindungspuffer z. B. in einer Konzentration von 6% (PEG 8000) zugesetzt sein kann. Auch in diesem Fall binden die Nukleinsäuren wiederum nahezu quantitativ an der Membranoberfläche.
  • In allen drei angesprochenen Varianten erfolgte eine Adsorption nur, wenn die Membranen entsprechend funktionalisiert waren. Bei nicht funktionalisierten Membranen erfolgte keine, bzw. keine nennenswerte Bindung. Dies spricht dafür, dass die angesprochenen Umgebungsbedingungen unabhängig voneinander, aber nur in Verbindung mit der speziellen Membranoberfläche eine Bindung von Nukleinsäure favorisieren.
  • Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die einzelnen Parameter miteinander zu verknüpfen, d. h. die Membran zur Bindung von Nukleinsäuren auf ein Umgebungsmedium mit hoher Ionenkonzentration und niedrigem pH-Wert einzustellen etc.
  • Der Bindungspuffer kann separat vorgesehen werden. Genauso gut ist es aber auch möglich, ihn mit dem oder einem Lyse-Puffer zu kombinieren.
  • Bislang wurde in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nur über die selektive Bindung der Nukleinsäuren an der Membran gesprochen. In den meisten Anwendungsfällen ist zusätzlich gewünscht, dass sich die gebundenen Nukleinsäuren ggf. nach Waschen wieder in einfacher Weise von der Membran eluieren lassen. Auch hier hat sich wieder herausgestellt, dass die oben angesprochenen unabhängigen Varianten, die eine Bindung der Nukleinsäuren an der Membran favorisieren, unter umgekehrten Vorzeichen zur Elution der gebundenen Nukleinsäuren eingesetzt werden können.
  • Im einfachsten Fall erfolgt eine Elution mit Wasser bei neutralem pH-Wert. In Gegenwart von Wasser sind die funktionellen Gruppen der Membran größtenteils deprotoniert und die Ladungen sowohl der Membran als auch der Nukleinsäuren liegen in nicht abgeschirmten Zustand vor. Es kommt zu ionischen Abstoßungsreaktionen, die eine leichte Ablösung der Nukleinsäuren von der Membran ermöglichen. Weist die Membran oder Matrix die oben angesprochenen Polymerketten auf, an denen die funktionellen Gruppen vorgesehen sind, so tritt als weiterer Effekt hinzu, dass sich die Ketten von der Membran abstrecken und die Nukleinsäuren (zusätzlich zu den beschriebenen ionischen Wechselwirkungen) rein mechanisch abstoßen.
  • Neben der Elution mit reinem Wasser sind selbstverständlich auch andere Elutionspuffer denkbar. Welcher Puffer am ehesten geeignet ist, kann vom Fachmann ohne großen Aufwand ermittelt werden. Die generelle Regel ist, dass die Ionenkonzentration des Elutionspuffers möglichst niedrig und der pH-Wert möglichst oberhalb des pK-Wertes der Membranoberfläche eingestellt wird. Im Zweifelsfall kann man eine höhere Ionenkonzentration (falls erforderlich) des Elutionspuffers ggf. über einen alkalischeren pH-Wert ausgleichen und umgekehrt. Eine Optimierung beider Werte ist ohne größeren Aufwand möglich.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung von funktionalisierten Membranen bzw. die entsprechenden Verfahren erlauben eine besonders einfache Aufreinigung von Nukleinsäuren mit den üblichen Schritten: Bindung der Nukleinsäuren an einer Membran, Waschen der Membran und Elution der gebundenen Nukleinsäuren.
  • Alle Schritte lassen sich in einfacher Weise, unter besonders schonenden Bedingungen und mit guten Ausbeuten durchführen. Insbesondere kann auf die im Stand der Technik meist erforderlichen chaotropen Reagenzien und die üblicher weise eingesetzten Beads verzichtet werden. Die Elution kann aufgrund der guten Benetzbarkeit der Membranen und Matrizes mit geringsten Puffervolumina und z. B. bei Raumtemperatur erfolgen.
  • Besonders geeignet ist die Erfindung z. B. zur Aufarbeitung von Plasmid-DNA für die Sequenzierung, um nur ein bevorzugtes Anwendungsfeld zu nennen. Natürlich lassen sich auch andere Nukleinsäuren aus den unterschiedlichsten nukleinsäurehaltigen Ausgangsmaterialien, ggf. nach Vorreinigung, aufreinigen.
  • Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Beispiele näher erläutert werden, die besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele betreffen.
  • A: Herstellung funktionalisierter Membranen
  • Beispiel 1
  • a) Modifizierung von Polypropylenmembranen
  • Eine Polypropylen-Mikrofiltrationsmembran (Accurel 2E HF, nominale Porengröße 0,2 μm, Membrandicke 150 μm; Membrana GmbH, Wuppertal oder Versuchsmuster #1333-12A, nominale Porengröße 0,45 μm, Membrandicke 110 μm, 3M, St. Paul, USA) mit einem Durchmesser von d = 80 mm wird unter Schütteln für 2 h mit einer 100 mM Lösung von Benzophenon (BP) in Aceton equilibriert. Nachfolgend wird die Membran mit einer 10%igen wässrigen Acrylsäurelösung überschichtet. Anschließend wird für 15 min mit UV-Strahlung (UVA-Spot 2000; Dr. Hönle GmbH, Planegg) belichtet. Abschließend wird die modifizierte Membran für 24 h bei 60°C mit Wasser extrahiert und getrocknet.
  • b) Modifizierung von Nylonmembranen
  • Eine Nylon-Mikrofiltrationsmembran (Schleicher & Schüll, nominale Porengröße 0,45 μm, Membrandicke 127 μm;) wird unter den gleichen Bedingungen wie bei a) modifiziert.
  • B: Aufreinigung von Nukleinsäuren
  • Für die nachfolgenden Aufreinigungen wurden die gemäß der Beispiele 1a und b hergestellten oberflächenmodifizierten Membranen in eine 96er Mikrofiltrationsplatte eingespannt.
  • Beispiel 2
  • Als Basismaterial für diesen Versuch wird oberflächenmodifiziertes PP (Beispiel 1a) mit einer nominalen Porenweite von 0,45 μm eingesetzt. Die Aufreinigung erfolgte mittels Zentrifugation bei 3000 rpm, Raumtemperatur (Eppendorf 5810R; A-2 DWP Rotor) nach dem Prinzip: Bind-Wash-Elute.
  • Hierfür wird 1 μg pDNA mit jeweils 200 μl der Bindungspuffer 1 (BP1) oder 2 (BP2) versetzt (BP1: 5 mM Tris, pH = 7,5; BP2: 4 M NaCl, pH = 4,6). Nach der Inkubation wird 2× mit je 200 μl 70% EtOH gewaschen. Die Elution erfolgt mit 30 μl Tris (5 mM, pH = 7,5). Abschließend wird ein zweites Mal mit 100 μl eluiert. Die halbquantitative Auswertung von 4 μl Eluat erfolgte mittels Ethidiumbromid-Gelelektrophorese (nicht dargestellt).
  • Während bei Einsatz des Bindungspuffers BP1 keine Adsorption an die Membran erfolgt, lässt sich die pDNA bei Verwendung von BP2 nahezu quantitativ an die Membran binden und im ersten Elutionsschritt wieder eluieren.
  • Beispiel 3
  • Die Durchführung des Versuches erfolgt wie im Beispiel 2 beschrieben, wobei die Bindungspuffer gemäß Tabelle 1 eingesetzt wurden. Die eingesetzte Menge pDNA beträgt 500 ng. Die halbquantitative Analyse erfolgt über Gelelektrophorese (Ergebnisse nicht dargestellt)
  • Die Auswertung ist in (Tabelle 1) zusammengefasst und erlaubt eine erste Einschätzung der Rückgewinnungsrate (von – bis +++)
  • Tabelle 1
    Figure 00120001
  • Wie sich aus der Tabelle ergibt, lässt sich lediglich bei der Acrylsäuremodifizierten PP-Membran die DNA nahezu quantitativ binden und wieder eluieren. Die Abhängigkeit der Bindung vom pH-Wert der Inkubationslösung ist in Tabelle 1 deutlich zu erkennen. Bei einem Wert unterhalb des pH-Wertes der Membranmodifizierung findet eine Bindung statt. Bei einem pH-Wert darüber erfolgt keine Bindung.
  • Beispiel 4
  • Es wird eine pDNA-Aufreinigung nach dem Prinzip der alkalischen Lyse durchgeführt. Hierzu werden 1,5 ml Bakterienkultur mit den Puffern P1–P3 (P1: 100 μl, P2: 300 μl, P3: 300 μl) aus dem Kit "Perfect Prep Plasmid Midi" der Fa. Eppendorf versetzt. Nach Zentrifugation wird das klare Lysat mit jeweils 700 μl Bin dungspuffer (s. Tabelle 2) versetzt. Die Aufarbeitung der Probe erfolgt unter den im Beispiel 1 aufgeführten Bedingungen. Zur Kontrolle wird eine Plasmidpräparation unter Durchführung der kompletten Aufreinigungsprozedur mit dem Kit "Perfect Prep Plasmid Mini" der Fa. Eppendorf, aus der identischen 1,5 ml Bakterienkultur durchgeführt. Als weitere Kontrolle wird das Gemisch aus geklärtem Lysat und jeweiligem Bindungspuffer (s. Tabelle 2) für 30 Minuten bei 12000 g, Raumtemperatur zentrifugiert und der Überstand entfernt. Danach erfolgt zweimaliges Waschen mit 200 μl 70% Ethanol, Trocknung unter Vakuum, sowie die Zugabe von 30 μl Tris-HCl, pH 7,5.
  • Ausbeute und Reinheit wurden mittels Photometrie und Analyse durch Ethidiumbromid-Gelelektrophorese bestimmt (Tabelle 2, 1). Die Tabelle gibt die mittels Photometer (Biophotometer der Fa. Eppendorf) bestimmte Konzentration der eluierten pDNA in ng/μl an. Tabelle 2
    Figure 00130001
  • Die Plasmid DNA des GFP-N1 wurde nach Auftrennung im 0,8% Ethidiumbro mid-Agarosegel analysiert, das als 1 wiedergegeben ist. Die Spuren des Gels wurden wie folgt belegt:
    • 1.) Kontrolle (ohne Membran) zum Nachweis eines Fällungsmechanismus, Bindungspuffer pH 7,4
    • 2.) Kontrolle (ohne Membran) zum Nachweis eines Fällungsmechanismus, Bindungspuffer pH 4,6
    • 3.) Bindungspuffer pH 4,6 unmodifizierte Membran
    • 4.) Bindungspuffer pH 7,4 unmodifizierte Membran
    • 5.) Bindungspuffer pH 4,6 modifizierte Membran
    • 6.) Bindungspuffer pH 7,4 modifizierte Membran
    • 7.) leer
    • 8.) Kontrolle Plasmid Mini Präparation (Eppendorf Perfect Prep Mini)
  • Wie das Gel (1) deutlich zeigt, lässt sich nur unter Verwendung der modifzierten Nylon-Membran pDNA aufreinigen. Die Aufreinigung ist abhängig vom gewählten pH-Wert. So konnte eine erfolgreiche pDNA Isolierung nur nach Verwendung des Bindungspuffers mit pH 4,6 durchgeführt werden, nicht jedoch, wenn der pH 7,4 beträgt.
  • Die Fällungsprozedur eines DNA-Bindungspuffergemisches ohne Einsatz einer Membran verlief erfolglos. Hieraus lässt sich ableiten, dass die Isolierung auf die Modifizierung der Membran unter ausgewählten pH Bedingungen zurückzuführen ist und nicht auf eine Fällungsreaktion.

Claims (23)

  1. Verwendung einer funktionalisierten porösen Membran zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, deren Bindungseigenschaften für Nukleinsäuren über die Bedingungen in einem umgebenden Medium einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit Phosphorsäure-, Sulfonsäure- oder Carbonsäure-Gruppen funktionalisiert ist, wobei die Gruppen an Polymerketten gebunden sind, deren eines Ende an der Oberfläche der Membran fixiert ist und deren anderes Ende frei beweglich ist.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fixierte Polymerkette eine Polyacrylsäure ist.
  3. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Kunststoff hergestellt ist.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Polypropylen, Polyamid, Polyester, Polysulfon, PVDF besteht.
  5. Verwendung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran Poren mit einem Durchmesser von 0,2–10 μm aufweist.
  6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran eine Dicke < 500 μm aufweist.
  7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran zum Einsatz in Mikrotiterfilterplatten, Spin-Säulen oder Reaktionsgefäßen konfektioniert ist.
  8. Verwendung einer durchströmbaren Matrix zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, wobei die Matrix mit einer funktionalisierten Oberfläche ausgestattet ist, deren Bindungseigenschaften für Nukleinsäuren in Abhängigkeit über die Bedingungen in einem umgebenden Medium einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix mit Phosphorsäure-, Sulfonsäure- oder Carbonsäure-Gruppen funktionalisiert ist, wobei die Gruppen an Polymerketten gebunden sind, deren eines Ende an der Oberfläche der Matrix fixiert ist, und deren anderes Ende frei beweglich ist.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die fixierte Polymerkette eine Polyacrylsäure ist.
  10. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix ein Filter ist.
  11. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix Vliess, Filz, Fasern, Sintermaterial, entsprechend ausgerüstete Pipettenspitzen oder Reaktionsgefäße (Consumables) mit Mikrostrukturkanälen umfasst.
  12. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix zum Einsatz in Mikrotiterfilterplatten, Spin-Säulen oder Reaktionsgefäßen konfektioniert ist.
  13. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren aus nukleinsäurehaltigem Ausgangsmaterial mit einer Membran gemäß der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Matrix gemäß der Ansprüche 8 bis 12, bei dem man eine Lösung des Ausgangsmaterials in einem Bindungspuffer ohne Fällungsmittel, mit hoher Ionenkonzentration (> 100 mM) durch die Membran/Matrix permeieren lässt, wobei die Nukleinsäuren selektiv an der Oberfläche der Membran/Matrix binden und ggf. die gebundenen Nukleinsäuren in einem weiteren Schritt wieder von der Membran/Matrix eluiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenkonzentration des Bindungspuffers > 500 mM beträgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 bei dem man eine Lösung des Ausgangsmaterials in einem Bindungspuffer durch die Membran/Matrix permeieren lässt, dessen pH-Wert unterhalb oder im Bereich des pK-Werts der Membran(Matrix)oberfläche liegt, wobei die Nukleinsäuren selektiv an der Oberfläche der Membran/Matrix binden und ggf. die gebundenen Nukleinsäuren in einem weiteren Schritt wieder von der Membran/Matrix eluiert.
  16. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren aus nukleinsäurehaltigem Ausgangsmaterial mit einer Membran gemäß der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Matrix gemäß der Ansprüche 8 bis 12, bei dem man eine Lösung des Ausgangsmaterials in einem Bindungspuffer durch die Membran/Matrix permeieren lässt, der ein Fällungsmittel in einer Konzentration unterhalb des Werts enthält, in der Nukleinsäuren ausfallen, und ggf. die gebundenen Nukleinsäuren in einem weiteren Schritt wieder von der Membran/Matrix eluiert.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindungspuffer PEG in einer Konzentration < 10% enthält.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Elution der gebundenen Nukleinsäuren einen Elutionspuffer durch die Membran/Matrix permeieren lässt, dessen pH-Wert auf einen Wert oberhalb des pK-Werts der Membran(Matrix)oberfläche eingestellt ist.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Elution der gebundenen Nukleinsäuren einen Elutionspuffer durch die Membran/Matrix permeieren lässt, dessen Ionenkonzentration auf einen Wert < 500 mM eingestellt ist.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindungs-, Wasch- und/oder Elutionspuffer mittels Vakuum durch die Membran/Matrix gesaugt werden.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elution der an der Membran/Matrix gebundenen Nukleinsäuren bei Raumtemperatur erfolgt.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial einer Vorreinigung zur Abtrennung von groben Zelltrümmern und dergleichen unterzogen wird.
  23. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial geklärtes Zelllysat ist.
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