DE102015215894A1 - Method of enriching biomolecules and removing biomolecules from a biological sample - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Anreicherung von Biomolekülen und zur Entfernung der Biomoleküle aus einer biologischen Probe, dadurch gekennzeichnet, dass – in Anwesenheit von Partikeln – eine biologische Probe mit einer Alginatlösung und mit Salzen von di- bzw. polyvalenten Kationen oder mit einer Säure versetzt wird, wobei sich an den Partikeln ein Alginatgel-Biomolekül-Komplex bildet, dieser durch Separation der Partikel von der Probe entfernt wird und aus dem anschließend die Biomoleküle oder Inhaltstoffe der Biomoleküle freigesetzt werden. Zu den Biomolekülen, die angereichert werden sollen, zählen zellfreie Nukleinsäuren, Viren oder subzelluläre Mikropartikel. Das Verfahren ist ein verbessertes und einfacheres Verfahren als das in der Patentschrift DE 10 2008 023 297 B4 beschriebene Verfahren.The invention relates to processes for the enrichment of biomolecules and for the removal of biomolecules from a biological sample, characterized in that - in the presence of particles - a biological sample is mixed with an alginate solution and with salts of di- or polyvalent cations or with an acid in which an alginate gel-biomolecule complex forms on the particles, which is removed by separation of the particles from the sample and from which subsequently the biomolecules or constituents of the biomolecules are released. The biomolecules to be enriched include cell-free nucleic acids, viruses or subcellular microparticles. The method is an improved and simpler method than the method described in the patent DE 10 2008 023 297 B4.
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein einfaches Verfahren zur Anreicherung von Biomolekülen und zur Entfernung (Isolierung) der Biomoleküle aus einer Probe für eine nachfolgende Untersuchung dieser Biomoleküle bzw. für eine weitere Bearbeitung. Zu den Biomolekülen, die angereichert werden sollen, zählen zellfreie Nukleinsäuren, Viren oder subzelluläre Mikropartikel (z.B. Exosomen). Das Verfahren ist ein verbessertes und einfacheres Verfahren als das in der Patentschrift
Es ist bekannt, dass sich in zellfreien Körperflüssigkeiten sog. frei zirkulierende Nukleinsäuren, Exosomen sowie im Falle einer viralen Infektion auch Viruspartikel befinden. Alle diese unterschiedlichen Biomoleküle sind von großer Bedeutung für die Diagnostik von Erkrankungen. Insbesondere zellfreie Nukleinsäuren sowie Exosomen spielen dabei eine immer bedeutendere Rolle. Allen diesen Biomolekülen ist auch gemeinsam, dass sie nur in sehr geringen Konzentrationen in Körperflüssigkeiten vorliegen. Dies erschwert ihre diagnostische Nutzung. Der einzige Ausweg besteht darin, größere Probenvolumina zu bearbeiten, um final eine ausreichende Menge an Biomolekülen verfügbar zu haben. Als wichtige Ausgangsproben kommen z.B. Körperflüssigkeiten wie Blutplasma oder Serum oder auch Urin in Frage. It is known that free-circulating nucleic acids, exosomes and, in the case of a viral infection, also virus particles are present in cell-free body fluids. All of these different biomolecules are of great importance for the diagnosis of diseases. In particular, cell-free nucleic acids and exosomes play an increasingly important role. All these biomolecules also have in common that they are present only in very low concentrations in body fluids. This complicates their diagnostic use. The only way out is to process larger sample volumes to finally have available a sufficient amount of biomolecules. As important starting samples are e.g. Body fluids such as blood plasma or serum or urine in question.
Es gibt zurzeit nur wenige Verfahren, die es erlauben, diese Biomoleküle aus einer großvolumigen Probe anzureichern bzw. zu isolieren bzw. nachfolgend die angereicherten Biomoleküle für die Extraktion von Nukleinsäuren zu verwenden.There are currently only a few methods that make it possible to enrich or isolate these biomolecules from a large-volume sample or subsequently to use the enriched biomolecules for the extraction of nucleic acids.
So gibt es zum Beispiel für die Anreicherung von Exosomen aus einer biologischen Probe die Anwendung von Ultrazentrifugationstechniken. Dabei kommt es zur Ansammlung von Exosomen am Boden des Reaktionsgefäßes. Diese Methode ist an eine Ultrazentrifuge gebunden und darüber hinaus zeitaufwendig und für die Routinediagnostik ungeeignet. Weiterhin wird auch die Technik der Ultrafiltration eingesetzt. Auch diese Methode ist zeitaufwendig und sehr teuer. Alternative Verfahren bestehen in einer Immunopräzipitation der Exosomen mittels einer Immunoplate oder mittels Immunobeads. Auch diese Art der Anreicherung der Exosomen ist zeitaufwendig und auf Grund der einzusetzenden Reagenzien störanfällig sowie teuer. Darüber hinaus können bei dieser Technologie lediglich 200–500 µl an Probe eingesetzt werden. Für die Anreicherung von Viren können ebenfalls Ultrazentrifugationstechniken eingesetzt werden. Alternative Verfahren bestehen in der Präzipitation von Viruspartikeln mittels Polyethylenglycol/ Natriumchlorid und einer nachfolgenden Zentrifugation (
Für die Isolierung zirkulierender zellfreier DNA aus großvolumigen Proben wird so verfahren, dass man alle Pufferkomponenten, welche für die Extraktion benötigt werden, aufskaliert. Dem Fachmann ist bekannt, dass damit ein enormer Aufwand an Reagenzien sowie an Zeit einhergeht.The procedure for isolating circulating cell-free DNA from large-volume samples is to scale up all the buffer components needed for the extraction. The skilled worker is aware that this is associated with an enormous amount of reagents and time.
Dem Fachmann wird auch ersichtlich, dass man für unterschiedliche Biomoleküle (z.B. Viren, oder DNA oder subzelluläre Partikel) immer auch unterschiedliche Verfahren benötigt, will man die Biomoleküle aus einer Probe aufkonzentrieren bzw. aufreinigen.It will also be apparent to those skilled in the art that for different biomolecules (e.g., viruses, or DNA or subcellular particles), different methods are always needed to concentrate the biomolecules from a sample.
Ein völlig neuartiger Ansatz zur Aufkonzentrierung von Biomolekülen aus einer biologischen Probe und zur nachfolgenden Extraktion von Nukleinsäuren wird in der Patentschrift
Das Verfahren basiert auf der Verwendung von Polysaccharid-Derivaten für eine Komplexierung der in einer Probe enthaltenen Biomoleküle. Bei den Polysaccharid-Derivaten handelt es sich um die Salze von Polyuronsäuren. Besonders geeignet sind dabei die sog. Alginate der Alginsäuren. Bei Alginaten handelt es sich um strukturgebende Elemente bei Braunalgen. Alginat ist ein Polysaccharid, welches aus 1,4-verknüpfter-α-L-Guluronsäure (G) und β-D-Mannuronsäure (M) besteht. The method is based on the use of polysaccharide derivatives for complexing the biomolecules contained in a sample. The polysaccharide derivatives are the salts of polyuronic acids. Particularly suitable are the so-called. Alginates of alginic acids. Alginates are structural elements of brown algae. Alginate is a polysaccharide consisting of 1,4-linked α-L-guluronic acid (G) and β-D-mannuronic acid (M).
Es bildet homopolymere Bereiche, in denen Mannuronsäure oder Guluronsäure als Block vorliegt.It forms homopolymeric regions in which mannuronic acid or guluronic acid is present as a block.
Alginate werden in der Lebensmittel- sowie der Pharma- und Kosmetikindustrie eingesetzt, z.B. als Geliermittel in der Lebensmittelindustrie, als Apreturmittel für Textilien, zur Herstellung von photographischen Papieren oder in der zahnmedizinischen Praxis zur Herstellung von Zahn- und Kieferabformungen. Alginates are used in the food, pharmaceutical and cosmetics industries, e.g. as a gelling agent in the food industry, as Apreturmittel for textiles, for the production of photographic papers or in the dental practice for the production of dental and Kieferabformungen.
Die Patentschrift beschreibt die Nutzung der Fähigkeit von Alginaten, in Lösungen mit niedrigem Kalziumgehalt zu gelieren und sog. Hydrogele zu bilden. Die Ursache der Gelierung begründet sich in der Einlagerung von Kalziumionen in die Zickzackstruktur der GG-Blöcke. Auf diese Zone lagert sich dann die Zickzackstruktur eines anderen Alginatmoleküls. Es kommt hierdurch zur Ausbildung dreidimensionaler Strukturen. Die Ausbildung von Gelen erfolgt auch in Kombination mit starken Säuren. Die entstandenen Gelstrukturen können darüber hinaus auch wieder spezifisch zerstört werden. The patent describes the use of the ability of alginates to gel in low calcium solutions and to form so-called hydrogels. The cause of the gelation is due to the incorporation of calcium ions in the zigzag structure of the GG blocks. The zigzag structure of another alginate molecule is then deposited on this zone. This leads to the formation of three-dimensional structures. The formation of gels is also in combination with strong acids. In addition, the resulting gel structures can also be specifically destroyed again.
Unter Ausnutzung der Ausbildung von Alginatgelen kann die Anreicherung von Biomolekülen einfach und schnell erfolgen und nachfolgend die Isolierung von Nukleinsäuren durchgeführt werden. Taking advantage of the formation of alginate gels, the accumulation of biomolecules can be done easily and quickly and subsequently the isolation of nucleic acids can be carried out.
Der Ablauf des Verfahrens ist wie folgt beschrieben:
- 1. Mischen einer wässrigen Alginatlösung mit einer flüssigen biologischen Probe
- 2. Zugabe einer wässrigen Lösung, welche die Gelausbildung/ Pelletbildung induziert (z.B. Verwendung einer 1 M Kalziumchloridlösung oder einer 1%igen Salzsäurelösung)
- 3. Mischen der Probe und kurze Inkubation bei Raumtemperatur
- 4. Zentrifugation der Probe und Entfernung des Überstandes
- 5. Auflösen des Pellets oder Gelstückchens und damit Freisetzung der Biomoleküle und ggf. nachfolgende direkte Isolierung von DNA oder RNA in an sich bekannter Art und Weise
- 1. Mixing an aqueous alginate solution with a liquid biological sample
- 2. Addition of an aqueous solution which induces gel formation / pellet formation (eg using a 1 M calcium chloride solution or a 1% hydrochloric acid solution)
- 3. Mix the sample and briefly incubate at room temperature
- 4. Centrifugation of the sample and removal of the supernatant
- 5. Dissolution of the pellet or Gelstückchens and thus release of the biomolecules and optionally subsequent direct isolation of DNA or RNA in a conventional manner
Das in der Patentschrift offenbarte Verfahren ist extrem effizient und gestattet es, auch großvolumige Proben schnell und einfach für die Anreicherung von Biomolekülen einzusetzen.The process disclosed in the patent is extremely efficient and makes it possible to quickly and easily use even large-volume samples for the enrichment of biomolecules.
Allerdings zeigt das beschriebene Verfahren einen großen Nachteil. Die Automatisierung des Prozesses ist schwierig durchzuführen. Dies begründet sich damit, dass der Anreicherungsschritt immer mittels Zentrifugation erfolgen muss. Bekannter Weise ist die Integration eines Zentrifugationsschrittes in einen automatisierten Prozess nicht einfach umzusetzen und erhöht darüber hinaus den Kostenaufwand für einen Automaten signifikant.However, the method described has a great disadvantage. Automation of the process is difficult to perform. This is due to the fact that the enrichment step must always be done by centrifugation. As is known, the integration of a centrifugation step into an automated process is not easy to implement and, moreover, significantly increases the cost of a machine.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen.The invention had the object to eliminate the disadvantages of the known technical solutions.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Biomoleküle (auch aus großvolumigen Proben) anzureichern und die Biomoleküle nachfolgend freizusetzen oder aus diesen ggf. Nukleinsäuren (DNA und RNA) zu isolieren bzw. die Nukleinsäuren freizusetzen.The problem has been solved according to the features of the claims. The method according to the invention makes it possible to enrich biomolecules (also from large-volume samples) and subsequently release the biomolecules or, if appropriate, isolate nucleic acids (DNA and RNA) or release the nucleic acids from these.
Das Verfahren ermöglicht es, alle notwendigen Prozessschritte einfach und schnell in einen automatisierten Prozess zu implementieren. Überraschenderweise kann dies auf einem ganz einfachen Weg – ohne einen Zentrifugationsschritt – durchgeführt werden.The method makes it possible to quickly and easily implement all necessary process steps in an automated process. Surprisingly, this can be done in a very simple way - without a centrifugation step.
Das Verfahren basiert auf dem bekannten Verfahren, eine biologische flüssige Probe mit einer Alginatlösung und mit Salzen von di- bzw. polyvalenten Kationen (z.B. Kalzium-, Zink,- oder Aluminiumsalze) oder mit einer Säure zu versetzen. Die Anreicherung der Biomoleküle erfolgt nachfolgend aber nicht durch einen Zentrifugationsschritt. Der Probe werden Partikel zugegeben, vorzugsweise magnetische oder paramagnetische Partikel. Dabei spielt es keine Rolle, um welche Art von Partikeln es sich handelt. Sowohl die Größe der Partikel, als auch ihre Funktionalisierung ist von untergeordneter Bedeutung. Es können also Nanopartikel, Mikropartikel oder größere Partikel verwendet werden. Für eine einfache Abtrennung der Partikel sind magnetische Partikel am besten geeignet. In diesem Fall werden die Partikel mittels eines Magneten separiert und der Probenüberstand wird entfernt. Nach Entfernung des Probenüberstandes befinden sich die anzureichernden Biomoleküle (subzelluläre Partikel, Viren oder Nukleinsäuren) vollständig in einem Komplex aus Alginatgel und magnetischen bzw. paramagnetischen Partikeln. Diese Anreicherung erfolgte damit überraschenderweise ohne die in der Patentschrift
Damit benötigt das Verfahren keinen Zentrifugationsschritt und kann extrem einfach komplett automatisiert durchgeführt werden. Dies ermöglicht es erstmals, auch große Probenumfänge effizient und schnell zu bearbeiten. Thus, the process requires no Zentrifugationsschritt and can be extremely easily carried out completely automated. This makes it possible for the first time to process even large sample volumes efficiently and quickly.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt noch einen weiteren Vorteil. In einer speziellen Ausführungsform kann man die für die Separation eingesetzten Partikel der Art auswählen, dass diese in der Lage sind, Nukleinsäuren zu binden. Das bedeutet, die Partikel dienen zum einen der Separation des Biomolekül-Alginat-Komplexes und nachfolgend auch der Extraktion hochreiner Nukleinsäuren. Dieses Verfahren ist insbesondere bedeutsam, wenn sogenannte zirkulierende zellfreie Nukleinsäuren aus einer zellfreien Probe angereichert und nachfolgend isoliert werden sollen. Dazu wird der Probe (Serum, Plasma, Urin etc.) eine Alginatlösung und eine wässrige Lösung, enthaltend Salze von di- bzw. polyvalenten Kationen (z.B. Kalziumchlorid oder Aluminiumchlorid) oder einer schwachen Säure zugegeben sowie paramagnetische oder magnetische Partikel. Diese Partikel werden so ausgewählt, dass sie unter spezifischen Bedingungen in der Lage sind, Nukleinsäuren zu binden. Solche Partikel sind dem Fachmann bekannt und werden in der Routine für die Isolierung von Nukleinsäuren eingesetzt. Nach Zugabe dieser Komponenten wird der Ansatz kurz gemischt und für einige Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Nachfolgend werden die Partikel mittels eines Magneten separiert und der Probenüberstand wird entfernt. Nach Entfernung des Überstandes werden die Partikel (der Alginat-Gel-Partikel-Komplex) mit einem Puffer versetzt, der eine Zerstörung des Alginat-Gel-Komplexes ermöglicht. Dazu werden die Partikel resuspendiert und der Ansatz für einige Minuten inkubiert. Dabei können dem Puffer auch weitere Zusätze wie proteolytische Enzyme etc. zugegeben werden. Die Inkubation kann bei Raumtemperatur erfolgen oder auch bei höheren Temperaturen, vorzugsweise 50°C–70°C. Nach Freisetzung der komplexierten zellfreien Nukleinsäure bindet diese an die magnetischen oder paramagnetischen Partikel. Dies kann durch den eingesetzten Puffer erfolgen. Vorzugsweise effektiviert man die Anbindung der DNA durch die Zugabe eines Bindungspuffers. Als Puffer können Reagenzienkombinationen eingesetzt werden, die dem Fachmann aus der Patentschrift
Es ist ebenso möglich, neben dem Lysepuffer einen Bindungspuffer einzusetzen, der es erlaubt, eine Selektivität in Bezug auf die aufzureinigenden Nukleinsäuren zu erreichen (Größenfraktionierung oder Trennung von DNA und RNA). Der weitere Extraktionsprozess ist dem Fachmann bekannt. Die an den Partikeln gebundenen Nukleinsäuren werden gewaschen und die Nukleinsäuren werden final von den Partikeln durch Zugabe von Wasser oder durch Zugabe eines Niedrigsalzpuffers abgelöst.It is also possible to use a binding buffer in addition to the lysis buffer, which allows to achieve a selectivity with respect to the nucleic acids to be purified (size fractionation or separation of DNA and RNA). The further extraction process is known to the person skilled in the art. The nucleic acids bound to the particles are washed and the nucleic acids are finally detached from the particles by adding water or by adding a low salt buffer.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann damit auch der gesamte Prozess, beginnend mit der Anreicherung von Biomolekülen bis hin zur finalen Extraktion hochreiner Nukleinsäuren, automatisiert durchgeführt werden. Es ist kein Zentrifugationsschritt mehr notwendig. Dies bedeutet einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem in der Patentschrift
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet, generell Nukleinsäuren aus einer Probe zu isolieren. Liegen die zu isolierenden Nukleinsäuren nicht als freie Nukleinsäuren vor, so kann die Probe in an sich bekannter Form lysiert werden. Die dadurch aus der Probe freigesetzten Nukleinsäuren werden danach wiederum entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren isoliert. Auch hierbei kann man nach dem Auflösen der Alginat-Gelstruktur (welche die angereicherten Nukleinsäure enthält) eine „klassische“ Aufreinigung der Nukleinsäuren durchführen oder die nach Auflösung der Alginat-Gelstruktur mittels eines basischen Niedrigsalzpuffers die erhaltene Lösung direkt für eine PCR-Reaktionen einsetzen.The method according to the invention is also suitable for generally isolating nucleic acids from a sample. If the nucleic acids to be isolated are not present as free nucleic acids, the sample can be lysed in a manner known per se. The nucleic acids released thereby from the sample are then in turn isolated according to the method according to the invention. Here, too, after dissolving the alginate gel structure (which contains the enriched nucleic acid), a "classical" purification of the nucleic acids can be carried out or, after the alginate gel structure has been dissolved by means of a basic low-salt buffer, the resulting solution can be used directly for a PCR reaction.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Ausführungsbeispiele keine Limitation des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeuten.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments, wherein the embodiments do not limit the process of the invention.
Ausführungsbeispiel 1: Anreicherung zellfreier DNA aus einer Plasmaprobe von 1 ml. Nachweis der notwendigen Kombination von Alginatlösung, Reagenz zur Ausbildung eines Alginatgels sowie mittels eines Magnetfeldes separierbarer Partikel Exemplary embodiment 1: Enrichment of cell-free DNA from a plasma sample of 1 ml. Detection of the necessary combination of alginate solution, reagent for forming an alginate gel and particles separable by means of a magnetic field
Ausgangsprobe für die Anreicherung war Humanplasma. Die Plasmaprobe wurde vor der Anwendung nochmals für 10 min zentrifugiert, um ggf. noch vorhandene Zellen zu entfernen. Weitergearbeitet wurde mit dem Überstand. Es wurden drei verschiedene Verfahren getestet.The initial sample for the enrichment was human plasma. The plasma sample was again centrifuged for 10 min prior to use in order to remove any remaining cells. Further work was done with the supernatant. Three different methods were tested.
Probe 1: Der Probe wurden 30 µl einer 0.5%igen Alginatlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 150 µl einer 1 molaren Kalziumchloridlösung dazugeben sowie 50 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG).Sample 1: 30 μl of a 0.5% alginate solution was added to the sample and the batch was mixed briefly. Thereafter, 150 μl of a 1 molar calcium chloride solution and 50 μl of a magnetic particle suspension (MAG suspension, Analytik Jena AG) were added.
Probe 2: Der Probe wurden 30 µl einer 0.5%igen Alginatlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 50 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG) zugebenen.Sample 2: To the sample was added 30 μl of a 0.5% alginate solution and the batch was mixed briefly. Thereafter, 50 μl of a magnetic particle suspension (MAG Suspension, Analytik Jena AG) were added.
Probe 3: Der Probe wurden 150 einer 1 molaren Kalziumchloridlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 50 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG) zugebenen.Sample 3: To the sample was added 150 of a 1 molar calcium chloride solution and the batch was mixed briefly. Thereafter, 50 μl of a magnetic particle suspension (MAG Suspension, Analytik Jena AG) were added.
Die Proben wurden dann wie folgt weiterbearbeitet.The samples were then processed as follows.
Der Ansatz wurde kurz gemischt und für 10 Minuten inkubiert. Nachfolgend erfolgte die Separation der Magnetpartikel mittels eines Magneten. Der Überstand wurde entfernt und die Magnetpartikel wurden mit 1 ml Wasser gewaschen. Nach erneuter Separation der Magnetpartikel wurde der Überstand komplett entfernt. The batch was mixed briefly and incubated for 10 minutes. Subsequently, the separation of the magnetic particles by means of a magnet. The supernatant was removed and the magnetic particles were washed with 1 ml of water. After renewed separation of the magnetic particles, the supernatant was completely removed.
Zum Komplex Magnetpartikel-Alginatgel-DNA wurde 400 µl Puffer (4 M Guanidinthiocyanat, EDTA) sowie 20 µl Proteinase K (20mg/ ml) zugegeben und der Ansatz mit einer Pipette resuspendiert. Nachfolgend erfolgte eine Inkubation für 15 min bei 70°C. 400 μl buffer (4 M guanidine thiocyanate, EDTA) and 20 μl proteinase K (20 mg / ml) were added to the complex magnetic particle alginate gel DNA and the batch was resuspended with a pipette. This was followed by incubation for 15 min at 70.degree.
Dieser Schritt diente der Zerstörung des Partikel-Alginatgel-DNA-Komplexes und damit der Freisetzung der komplexierten DNA. Anschließend erfolgte die Zugabe von 400 µl eines Bindungspuffers (Isopropanol/ Triton X-100) und ein erneutes Mischen der Partikel sowie eine Inkubation für 2 min. Dieser Schritt diente der Bindung der DNA an die Partikel. Danach wurden die Magnetpartikel separiert und der Überstand wurde verworfen. Die Partikel wurden nachfolgend mit dem Fachmann bekannten alkoholischen Waschpuffern gewaschen und final getrocknet. Im letzten Schritt wurde die gebundene DNA durch Zugabe von 50 µl H2O von den Partikeln abgelöst und in ein neues Reaktionsgefäß überführt. This step served to destroy the particle alginate gel-DNA complex and thus release the complexed DNA. This was followed by the addition of 400 .mu.l of a binding buffer (isopropanol / Triton X-100) and a remixing of the particles and an incubation for 2 min. This step served to bind the DNA to the particles. Thereafter, the magnetic particles were separated and the supernatant was discarded. The particles were subsequently washed with alcoholic washing buffers known to the person skilled in the art and finally dried. In the last step, the bound DNA was removed from the particles by adding 50 μl of H 2 O and transferred to a new reaction vessel.
Der Nachweis der Anreicherung und nachfolgenden Extraktion von zellfreier DNA erfolgte mittels real Time PCR. Amplifiziert wurde dazu eine humanspezifische Targetsequenz Östrogenrezeptor 1. Protokoll real Time PCR zur Amplifikation der humanspezifischen Targetsequenz (Östrogenrezeptor 1). Reaktionsansatz Pro Probe:
Ergebnis PCRResult PCR
Die Ergebnisse in
Ausführungsbeispiel 2: Anreicherung zellfreier DNA aus einer Plasmaprobe von 1 ml sowie von 5 ml und nachfolgende Extraktion der DNA Example 2: Enrichment of cell-free DNA from a plasma sample of 1 ml and 5 ml and subsequent extraction of the DNA
Ausgangsprobe für die Anreicherung war Humanplasma. Die Plasmaprobe wurde vor der Anwendung nochmals für 10 min zentrifugiert, um ggf. noch vorhandene Zellen zu entfernen. Weitergearbeitet wurde mit dem Überstand.The initial sample for the enrichment was human plasma. The plasma sample was again centrifuged for 10 min prior to use in order to remove any remaining cells. Further work was done with the supernatant.
Die 1 ml Probe wurde wie folgt behandelt. Der Probe wurden 30 µl einer 0.5%igen Alginatlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 150 µl einer 1 molaren Kalziumchloridlösung dazugeben sowie 50 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG). Der Ansatz wurde kurz gemischt und für 10 Minuten inkubiert. Nachfolgend erfolgte die Separation der Magnetpartikel mittels eines Magneten. Der Überstand wurde entfernt und die Magnetpartikel wurden mit 1 ml Wasser gewaschen. Nach erneuter Separation der Magnetpartikel wurde der Überstand komplett entfernt. The 1 ml sample was treated as follows. 30 μl of a 0.5% alginate solution was added to the sample and the batch was briefly mixed. Thereafter, 150 μl of a 1 molar calcium chloride solution and 50 μl of a magnetic particle suspension (MAG suspension, Analytik Jena AG) were added. The batch was mixed briefly and incubated for 10 minutes. Subsequently, the separation of the magnetic particles by means of a magnet. The supernatant was removed and the magnetic particles were washed with 1 ml of water. After renewed separation of the magnetic particles, the supernatant was completely removed.
Zum Komplex Magnetpartikel-Alginatgel-DNA wurde 400 µl Puffer (4 M Guanidinthiocyanat, EDTA) sowie 20 µl Proteinase K (20mg/ ml) zugegeben und der Ansatz mit einer Pipette resuspendiert. Nachfolgend erfolgte eine Inkubation für 15 min bei 70°C. 400 μl buffer (4 M guanidine thiocyanate, EDTA) and 20 μl proteinase K (20 mg / ml) were added to the complex magnetic particle alginate gel DNA and the batch was resuspended with a pipette. This was followed by incubation for 15 min at 70.degree.
Dieser Schritt diente der Zerstörung des Partikel-Alginatgel-DNA-Komplexes und damit der Freisetzung der komplexierten DNA. Anschließend erfolgte die Zugabe von 400 µl eines Bindungspuffers (Isopropanol/ Triton X-100) und ein erneutes Mischen der Partikel sowie eine Inkubation für 2 min. Dieser Schritt diente der Bindung der DNA an die Partikel. Danach wurden die Magnetpartikel separiert und der Überstand wurde verworfen. Die Partikel wurden nachfolgend mit dem Fachmann bekannten alkoholischen Waschpuffern gewaschen und final getrocknet. Im letzten Schritt wurde die gebundene DNA durch Zugabe von 50 µl H2O von den Partikeln abgelöst und in ein neues Reaktionsgefäß überführt. This step served to destroy the particle alginate gel-DNA complex and thus release the complexed DNA. This was followed by the addition of 400 .mu.l of a binding buffer (isopropanol / Triton X-100) and a remixing of the particles and an incubation for 2 min. This step served to bind the DNA to the particles. Thereafter, the magnetic particles were separated and the supernatant was discarded. The particles were subsequently washed with alcoholic washing buffers known to the person skilled in the art and finally dried. In the last step, the bound DNA was removed from the particles by adding 50 μl of H 2 O and transferred to a new reaction vessel.
Die 5 ml Probe wurde wie folgt behandelt. Die Probe wurde in ein 15 ml Reaktionsgefäß überführt. Der Probe wurden 150 µl einer 0.5%igen Alginatlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 600 µl einer 1 molaren Kalziumchloridlösung dazugeben sowie 100 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG). Der Ansatz wurde kurz gemischt und für 10 Minuten inkubiert. Nachfolgend erfolgte die Separation der Magnetpartikel mittels eines Magneten. Der Überstand wurde entfernt und die Magnetpartikel wurden mit 5 ml Wasser gewaschen. Nach erneuter Separation der Magnetpartikel wurde der Überstand komplett entfernt. The 5 ml sample was treated as follows. The sample was transferred to a 15 ml reaction vessel. 150 μl of a 0.5% alginate solution was added to the sample and the batch was mixed briefly. Thereafter, 600 μl of a 1 molar calcium chloride solution and 100 μl of a magnetic particle suspension (MAG Suspension, Analytik Jena AG) were added. The batch was mixed briefly and incubated for 10 minutes. Subsequently, the separation of the magnetic particles by means of a magnet. The supernatant was removed and the magnetic particles were washed with 5 ml of water. After renewed separation of the magnetic particles, the supernatant was completely removed.
Zum Komplex Magnetpartikel-Alginatgel-DNA wurde 400 µl Puffer (4 M Guanidinthiocyanat, EDTA) sowie 20 µl Proteinase K (20mg/ ml) zugegeben, resuspendiert und der Ansatz mit einer Pipette in ein 1,5 ml Reaktionsgefäß überführt. Nachfolgend erfolgte eine Inkubation für 15 min bei 70°C. 400 μl buffer (4 M guanidine thiocyanate, EDTA) and 20 μl proteinase K (20 mg / ml) were added to the complex magnetic particle alginate gel DNA, resuspended and the mixture was transferred with a pipette into a 1.5 ml reaction vessel. This was followed by incubation for 15 min at 70.degree.
Dieser Schritt diente der Zerstörung des Partikel-Alginatgel-DNA-Komplexes und damit der Freisetzung der komplexierten DNA. Anschließend erfolgte die Zugabe von 400 µl eines Bindungspuffers (Isopropanol/ Triton X-100) und ein erneutes Mischen der Partikel sowie eine Inkubation für 2 min. Dieser Schritt diente der Bindung der DNA an die Partikel. Danach wurden die Magnetpartikel separiert und der Überstand wurde verworfen. Die Partikel wurden nachfolgend mit dem Fachmann bekannten alkoholischen Waschpuffern gewaschen und final getrocknet. Im letzten Schritt wurde die gebundene DNA durch Zugabe von 50 µl H2O von den Partikeln abgelöst und in ein neues Reaktionsgefäß überführt.This step served to destroy the particle alginate gel-DNA complex and thus release the complexed DNA. This was followed by the addition of 400 .mu.l of a binding buffer (isopropanol / Triton X-100) and a remixing of the particles and an incubation for 2 min. This step served to bind the DNA to the particles. Thereafter, the magnetic particles were separated and the supernatant was discarded. The particles were subsequently washed with alcoholic washing buffers known to the person skilled in the art and finally dried. In the last step, the bound DNA was removed from the particles by adding 50 μl of H 2 O and transferred to a new reaction vessel.
Der Nachweis der Anreicherung und nachfolgenden Extraktion von zellfreier DNA erfolgte mittels real Time PCR. Amplifiziert wurde dazu eine humanspezifische Targetsequenz (Östrogenrezeptor 1).The detection of the enrichment and subsequent extraction of cell-free DNA was carried out by means of real-time PCR. For this purpose, a human-specific target sequence (estrogen receptor 1) was amplified.
Ergebnisse real Time PCRResults real time PCR
Protokoll real Time PCR zur Amplifikation der humanspezifischen Targetsequenz (Östrogenrezeptor 1). Protokoll siehe Beispiel 1.
Wie die Ergebnisse in
Ausführungsbeispiel 3: Anreicherung von genomischer DNA aus einer wässrigen Lösung (1 ml) und direkte Freisetzung der genomischen DNA ohne eine weitere DNA-Extraktion. Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Verfahren aus der Patentschrift DE 10 2008 023 297 B4
Ausgangsprobe für die Anreicherung war eine wässrige Lösung, welche genomische DNA enthielt. Die Anreicherung erfolgte mittels des Verfahrens aus der Patentschrift
Der Probe wurden 30 µl einer 0.5%igen Alginatlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 150 µl einer 1 molaren Kalziumchloridlösung sowie 50 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG) dazugegeben. Der Ansatz wurde kurz gemischt und für 5 Minuten inkubiert. Nachfolgend erfolgte die Separation der Magnetpartikel mittels eines Magneten. Der Überstand wurde entfernt und die Magnetpartikel wurden mit 1 ml Wasser gewaschen. Nach erneuter Separation der Magnetpartikel wurde der Überstand komplett entfernt. Der Komplex Magnetpartikel-Alginatgel-DNA wurde nachfolgend zerstört, um die DNA freizusetzen. Dazu wurden 50 µl einer 50 mM Natriumcitratlösung zu den Partikeln gegeben und der Ansatz mit einer Pipette resuspendiert. Nach kurzer Inkubation wurden die Magnetpartikel separiert und der Überstand wurde in ein neues Gefäß überführt und nachfolgend noch mit 50 µl Wasser versetzt. Die Überprüfung, ob die genomische DNA der Probe auch ohne Zentrifugation angereichert wurde, erfolgte auf einem Agarosegel. Wie die gelelektrophoretische Darstellung zeigt, konnten mit beiden Verfahren die genomische DNA aus der 1 ml Probe aufkonzentriert werden. Dabei besticht das erfindunsgemäße Verfahren durch seine Einfachheit, da keine Zentrifugationschritte mehr benötigt wurden.30 μl of a 0.5% alginate solution was added to the sample and the batch was briefly mixed. Thereafter, 150 μl of a 1 molar calcium chloride solution and 50 μl of a magnetic particle suspension (MAG Suspension, Analytik Jena AG) were added. The batch was mixed briefly and incubated for 5 minutes. Subsequently, the separation of the magnetic particles by means of a magnet. The supernatant was removed and the magnetic particles were washed with 1 ml of water. After renewed separation of the magnetic particles, the supernatant was completely removed. The complex of magnetic particle alginate gel DNA was subsequently destroyed to release the DNA. For this purpose, 50 .mu.l of a 50 mM sodium citrate solution were added to the particles and the batch was resuspended with a pipette. After a short incubation, the magnetic particles were separated and the supernatant was transferred to a new vessel and subsequently treated with 50 ul of water. The verification of whether the genomic DNA of the sample was enriched without centrifugation was carried out on an agarose gel. As the gel electrophoresis shows, both methods were used to concentrate the genomic DNA from the 1 ml sample. In this case, the process according to the invention is impressive because of its simplicity, since no further centrifugation steps were required.
Ausführungsbeispiel 4: Anreicherung von Viren und nachfolgende Extraktion der viralen Nukleinsäure Exemplary Embodiment 4: Enrichment of Viruses and Subsequent Extraction of the Viral Nucleic Acid
Ausgangsprobe für die Anreicherung war Humanplasma. Der Plasmaprobe wurde inaktiviertes Gelbfiebervirus zugegeben. Für die Anreicherung der Viren wurde 1 ml Probe eingesetzt. Die 1 ml Probe wurde wie folgt behandelt. Der Probe wurden 30 µl einer 0.5%igen Alginatlösung zugegeben und der Ansatz kurz gemischt. Danach wurden 150 µl einer 1 molaren Kalziumchloridlösung dazugeben sowie 50 µl einer Magnetpartikelsuspension (MAG Suspension; Analytik Jena AG). Der Ansatz wurde kurz gemischt und für 10 Minuten inkubiert. Nachfolgend erfolgte die Separation der Magnetpartikel mittels eines Magneten. Der Überstand wurde entfernt und die Magnetpartikel wurden mit 1 ml Wasser gewaschen. Nach erneuter Separation der Magnetpartikel wurde der Überstand komplett entfernt. The initial sample for the enrichment was human plasma. The plasma sample was added to inactivated yellow fever virus. For the enrichment of the
Zum Komplex Magnetpartikel-Alginatgel-DNA wurde 400 µl Puffer (4 M Guanidinthiocyanat, EDTA) sowie 20 µl Proteinase K (20mg/ ml) zugegeben und der Ansatz mit einer Pipette resuspendiert. Nachfolgend erfolgte eine Inkubation für 15 min bei 60°C. 400 μl buffer (4 M guanidine thiocyanate, EDTA) and 20 μl proteinase K (20 mg / ml) were added to the complex magnetic particle alginate gel DNA and the batch was resuspended with a pipette. This was followed by incubation for 15 min at 60.degree.
Dieser Schritt diente der Zerstörung des Partikel-Alginatgel-Virus-Komplexes und damit der Freisetzung der komplexierten Viren und der Zerstörung zur Freisetzung der viralen Nukleinsäure (virale RNA). Anschließend erfolgte die Zugabe von 400 µl eines Bindungspuffers (Guanidinthiocyanat/ Isopropanol/ Triton X-100) und ein erneutes Mischen der Partikel sowie eine Inkubation für 2 min. Dieser Schritt diente der Bindung der viralen RNA an die Partikel. Danach wurden die Magnetpartikel separiert und der Überstand wurde verworfen. Die Partikel wurden nachfolgend mit dem Fachmann bekannten alkoholischen Waschpuffern gewaschen und final getrocknet. Im letzten Schritt wurde die gebundene DNA durch Zugabe von 50 µl H2O von den Partikeln abgelöst und in ein neues Reaktionsgefäß überführt. This step was to destroy the particle alginate gel-virus complex and thus the release of the complexed viruses and the destruction to release the viral nucleic acid (viral RNA). This was followed by the addition of 400 .mu.l of a binding buffer (guanidine thiocyanate / isopropanol / Triton X-100) and a remixing of the particles and an incubation for 2 min. This step served to bind the viral RNA to the particles. Thereafter, the magnetic particles were separated and the supernatant was discarded. The particles were subsequently washed with alcoholic washing buffers known to the person skilled in the art and finally dried. In the last step, the bound DNA was removed from the particles by adding 50 μl of H 2 O and transferred to a new reaction vessel.
Der Nachweis der Anreicherung der Viruspartikel und der nachfolgenden Extraktion der viralen RNA erfolgte mittels einer Gelbfiebervirus-spezifischen real Time PCR. Ergebnisse real Time PCR Protokoll real Time PCR zur Amplifikation der 5' Noncoding Region von Yellow Fever Virus Reaktionsansatz
In
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