DE102017222295B4 - Kits and methods for removing contaminants from a sample containing nucleic acid - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von enzyminhibierenden Polyanionen, wie Huminstoffen aus einer Nukleinsäure enthaltenden Probe, die bevorzugt eine biologische Probe oder eine Umweltprobe ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Isolierung von Nukleinsäuren aus einer biologischen Probe oder Umweltprobe unter Abtrennung von enzyminhibierenden Polyanionen. Die Erfindung umfasst weiterhin Reagenzien zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einen Testkit enthaltend diese Reagenzien. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einen Lithiumchlorid- oder Lithiumacetat enthaltenden wässrigen Puffers zur selektiven Elution von Nukleinsäuren von schwachen Anionenaustauschern bei fortgesetzter Anbindung der enzyminhibierenden Polyanionen.The present invention relates to a method for the removal of enzyme-inhibiting polyanions, such as humic substances from a sample containing nucleic acid, which is preferably a biological sample or an environmental sample. The invention further relates to a method for isolating nucleic acids from a biological sample or environmental sample with removal of enzyme-inhibiting polyanions. The invention further comprises reagents for carrying out the method according to the invention and a test kit containing these reagents. The invention also relates to the use of an aqueous buffer containing lithium chloride or lithium acetate for the selective elution of nucleic acids from weak anion exchangers with continued binding of the enzyme-inhibiting polyanions.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von enzyminhibierenden Polyanionen, wie Huminstoffen aus einer Nukleinsäure enthaltenden Probe, die bevorzugt eine biologische Probe oder eine Umweltprobe ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Isolierung von Nukleinsäuren aus einer biologischen Probe oder Umweltprobe unter Abtrennung von enzyminhibierenden Polyanionen. Die Erfindung umfasst weiterhin Reagenzien zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einen Testkit enthaltend diese Reagenzien. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung eines Lithiumchlorid oder Lithiumacetat enthaltenden wässrigen Puffers zur selektiven Elution von Nukleinsäuren von schwachen Anionenaustauschern bei fortgesetzter Anbindung der enzyminhibierenden Polyanionen.The present invention relates to a method for the removal of enzyme-inhibiting polyanions, such as humic substances from a sample containing nucleic acid, which is preferably a biological sample or an environmental sample. The invention further relates to a method for isolating nucleic acids from a biological sample or environmental sample with removal of enzyme-inhibiting polyanions. The invention further comprises reagents for carrying out the method according to the invention and a test kit containing these reagents. The invention also relates to the use of an aqueous buffer containing lithium chloride or lithium acetate for the selective elution of nucleic acids from weak anion exchangers with continued binding of the enzyme-inhibiting polyanions.
Die mikrobiologischen und molekularbiologischen Zusammenhänge in Böden sind bislang noch kaum erforscht, da die meisten der dort vorkommenden Mikroorganismen nicht im Labor kultivierbar sind. Biodiversität und Stoffwechselleistung können jedoch indirekt über phylogenetische Analysen und Transkriptomanalytik sichtbar gemacht werden, wobei aktuell insbesondere molekularbiologische Methoden wie Next Generation Sequencing zunehmende Bedeutung erlangen. Bei der hierfür notwendigen Isolierung von Nukleinsäuren aus Bodenproben und vergleichbaren huminstoffhaltigen Probenmaterialien ist ein großes Problem die gleichzeitige Aufreinigung von Huminsäuren gemeinsam mit der Nukleinsäure, die die nachfolgenden Analytik von Nukleinsäuren mittels enzymbasierter Verfahren empfindlich stören. Insbesondere die Polymerase Kettenreaktionen (PCR) aber auch weitere enzymbasierte Methoden werden durch Huminstoffe inhibiert. Als kritische Proben sind hier vor allem Bodenproben relevant, weiterhin zum Beispiel forensische Spuren, die durch Bodenpartikel kontaminiert sind.The microbiological and molecular biological relationships in soils have hardly been researched so far, since most of the microorganisms occurring there are not cultivable in the laboratory. However, biodiversity and metabolic activity can be visualized indirectly via phylogenetic analyzes and transcriptome analytics, with molecular biology methods such as Next Generation Sequencing currently gaining increasing importance. In the case of the necessary isolation of nucleic acids from soil samples and comparable humic substance-containing sample materials, a major problem is the simultaneous purification of humic acids together with the nucleic acid, which sensitively disturb the subsequent analysis of nucleic acids by enzyme-based methods. In particular, the polymerase chain reactions (PCR) but also other enzyme-based methods are inhibited by humic substances. Soil samples are especially relevant as critical samples, for example forensic traces that are contaminated by soil particles.
Huminstoffe sind eine inhomogene Gruppe von Verbindungen, die sich anhand ihres Molekulargewichtes in verschiedene Fraktionen einteilen lassen. Niedermolekulare Verbindungen mit einem Molekulargewicht von bis zu 3.000 Gramm pro Mol und guter Löslichkeit in Wasser werden als Fulvinsäuren oder Fulvosäuren, hochmolekulare Verbindungen mit bis zu mehreren 100.000 Gramm pro Mol und sinkender Löslichkeit in Wasser sowie teilweiser Löslichkeit in Alkali werden als Huminsäuren bezeichnet. Gemeinsam ist den Huminstoffen ein Grundgerüst aus aromatischen Verbindungen, die durch Brücken miteinander verbunden sind. Zur Oberfläche hin überwiegen reaktive, vorwiegend negativ geladene ionische Gruppen, die den Huminsäuren polyanionische Eigenschaften verleihen. In der Kombination dieser Eigenschaften: hohes Molekulargewicht, Polyanion, hydrophober Kern, ähneln die Huminsäuren daher den Nukleinsäuren und lassen sich durch die gängigen Aufreinigungsverfahren, insbesondere auch durch Anionenaustauscher, nicht vollständig von Nukleinsäuren trennen.Humic substances are an inhomogeneous group of compounds that can be divided into different fractions based on their molecular weight. Low molecular weight compounds having a molecular weight of up to 3,000 grams per mole and good solubility in water are referred to as fulvic acids or fulvic acids, high molecular weight compounds of up to several 100,000 grams per mole and decreasing solubility in water, and partial solubility in alkali are referred to as humic acids. Together, the humic substances is a skeleton of aromatic compounds that are connected by bridges. Towards the surface, reactive, predominantly negatively charged, ionic groups predominate, giving polyanionic properties to humic acids. In the combination of these properties: high molecular weight, polyanion, hydrophobic core, the humic acids therefore resemble the nucleic acids and can not be completely separated from nucleic acids by the current purification methods, in particular by anion exchangers.
Im Stand der Technik sind mehrere Wege beschrieben, um Nukleinsäuren von Huminsäuren zu trennen. Diese sind jedoch meist aufwändig und erfordern weitere Arbeitsschritte.The prior art describes several ways to separate nucleic acids from humic acids. However, these are usually expensive and require further work steps.
So lehrt die
Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Verfahren zur Abtrennung von enzyminhibierenden Polyanionen wie Huminstoffen oder Proteinen.There is therefore a need for improved methods of separating enzyme-inhibiting polyanions such as humic substances or proteins.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Entfernen enzyminhibierender Polyanionen aus einer Nukleinsäure enthaltenden Probe gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Inkontaktbringen der Probe mit einer Anionenaustauscher-Matrix mit schwachen Anionenaustauschergruppen unter Bedingungen die das Anbinden der Nukleinsäure an die Anionenaustauscher-Matrix erlauben,
- b) ein- oder mehrmaliges Waschen der Anionenaustauscher-Matrix mit einem Waschpuffer, wobei die Nukleinsäure an der Anionenaustauscher-Matrix gebunden bleibt, sowie
- c) selektive Elution der an der Anionenaustauscher-Matrix gebundenen Nukleinsäure durch eine Lithiumchlorid oder Lithiumacetat enthaltende Elutionslösung.
- a) contacting the sample with an anion exchange matrix having weak anion exchange groups under conditions allowing the binding of the nucleic acid to the anion exchange matrix,
- b) one or more washings of the anion exchange matrix with a wash buffer, wherein the nucleic acid remains bound to the anion exchange matrix, as well as
- c) selective elution of the nucleic acid bound to the anion exchange matrix by means of an elution solution containing lithium chloride or lithium acetate.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt mehrere entscheidende Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Abtrennungs- oder Reinigungsverfahren.The process according to the invention combines several decisive advantages over the separation or purification processes known from the prior art.
Wie die Erfinder festgestellt haben, vermögen Lithium-Ionen im Elutionspuffer die Nukleinsäuren selektiv von einer schwachen Anionenaustauschermatrix zu desorbieren. Die ebenfalls an der Matrix gebundenen enzyminhibierenden Polyanionen bleiben unter diesen Elutionsbedingungen gebunden und werden somit von den Nukleinsäuren abgetrennt.As the inventors have found, lithium ions in the elution buffer are capable of selectively desorbing the nucleic acids from a weak anion exchange matrix. The enzyme-inhibiting polyanions also bound to the matrix remain bound under these elution conditions and are thus separated from the nucleic acids.
Andere Alkali- und Erdalkalihalogenide können diese Trennung nicht bewirken, was insofern überraschend ist, als das bei einer Aufreinigung mittels schwachem Anionenaustauscher neben dem pH-Wert der Lösung vor allem die Art und Konzentration des Anions relevant ist. Der starke Einfluss des Kations ist in diesem Zusammenhang überraschend.Other alkali metal and alkaline earth metal halides can not effect this separation, which is surprising insofar as, in addition to the pH of the solution, the type and concentration of the anion are particularly relevant in the case of purification by means of a weak anion exchanger. The strong influence of the cation is surprising in this context.
Beachtlicherweise funktioniert die selektive Elution mittels Lithiumsalzen für unterschiedliche Nukleinsäuren, also sowohl für RNA wie auch für DNA.Remarkably, selective elution using lithium salts works for different nucleic acids, both RNA and DNA.
Weiterhin erlaubt die erfindungsgemäße Elutionslösung durch Veränderung der Lithium-Ionenkonzentration und des pH-Wertes eine mehrstufige Elution mit steigender Elutionskraft, um Nukleinsäuren gemäß ihrer Länge zur fraktionieren. Auch bei dieser mehrstufigen Elution verbleiben die störenden Polyanionen an der Anionenaustauschermatrix gebunden, so dass hochreine Nukleinsäurefraktionen erhalten werden.Furthermore, by altering the lithium ion concentration and the pH, the elution solution according to the invention allows a multi-stage elution with increasing elution power to fractionate nucleic acids according to their length. Even in this multistage elution, the interfering polyanions remain bound to the anion exchange matrix, so that highly pure nucleic acid fractions are obtained.
Das erfindungsgemäße Aufreinigungsverfahren stellt eine entscheidende Verbesserung in der Nukleinsäure-Analytik dar, da sie auf einfache und unkomplizierte Weise eine störungsfreie Analytik von Nukleinsäuren möglich macht und dies gerade für den wichtigen Bereich der Umweltproben.The purification process according to the invention represents a decisive improvement in nucleic acid analysis, since it makes possible a trouble-free analysis of nucleic acids in a simple and uncomplicated manner, and especially for the important field of environmental samples.
Die Elutionslösung kann mit handelsüblichen Substanzen auf einfache Weise und zudem kostengünstig hergestellt werden.The elution solution can be prepared with commercial substances in a simple manner and also inexpensively.
Die Elutionslösung kann ohne Mehraufwand in die bereits etablierten Nukleinsäure-Aufreinigungsverfahren integriert werden.The elution solution can be integrated without additional effort into the already established nucleic acid purification methods.
So können die herkömmlichen Anionenaustauscher-Matrizes verwendet werden und auch alle weiteren über Jahrzehnte etablierten Prozeßschritte, wie Lyse, Anbindung der Nukleinsäure oder Waschen der Matrix nahezu unverändert beibehalten werden.Thus, the conventional anion exchange matrices can be used and all other process steps established over decades, such as lysis, binding of the nucleic acid or washing of the matrix can be maintained almost unchanged.
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Fähigkeit von Lithium-Kationen enthaltenden wässrigen Lösungen, Nukleinsäuren selektiv von einem schwachen Anionenaustauscher zu desorbieren und damit zu eluieren, wobei die chemisch sehr ähnlichen enzyminhibierenden Polyanionen wie Huminsäuren oder Fulvosäuren an der Anionenaustauscher-Matrix gebunden bleiben.The process of the present invention is based on the ability of aqueous solutions containing lithium cations to selectively desorb and thus elute nucleic acids from a weak anion exchanger, leaving the chemically very similar enzyme-inhibiting polyanions such as humic acids or fulvic acids bound to the anion exchange matrix.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren abtrennbaren enzyminhibierenden Polyanionen sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polyphenol, einem Huminstoff, einer Huminsäure, einer Fulvosäure, einem Humin und einem Pflanzenphenol, oder Gemischen hiervon.The enzyme-inhibiting polyanions separable by the process of the present invention are preferably selected from the group consisting of a polyphenol, a humic substance, a humic acid, a fulvic acid, a humic acid and a vegetable phenol, or mixtures thereof.
Gerade bei Bodenproben liegen komplexe Polyanion-Gemische vor, die neben Humin auch Huminsäure und Fulvosäure umfassen.Particularly in the case of soil samples, complex polyanion mixtures are present, which in addition to humin also comprise humic acid and fulvic acid.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Probe verwendet, die eine Umweltprobe oder biologische Probe ist, oder von dieser abgeleitet ist. In a preferred embodiment, the method of the invention is used on a sample which is or derived from an environmental or biological sample.
Besonders bevorzugt wurde diese Probe entnommen von einem Nahrungsmittel, Erdboden, Sediment, Felsen, Gestein, Schlamm, Kompost, verrottenden biologischen Substanzen, einem forensischen Präparat, archäologischen Überresten, Torf, Kompost, Öl, Wasser, terrestrischem Wasser oder unterirdischem Wasser, atmosphärischem und industriellem Wasser, Staub, kommerziellen Töpfermischungen oder Erdbodenveränderungen oder Tiefseeschloten.Most preferably, this sample was taken from food, soil, sediment, rocks, rocks, mud, compost, rotting biological substances, a forensic specimen, archaeological remains, peat, compost, oil, water, terrestrial or underground water, atmospheric and industrial Water, dust, commercial pottery mixes, or soil changes or deep-sea potholes.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Anionenaustauscher um eine Matrix, die schwache Anionenaustauschergruppen trägt. Bei diesen handelt es sich bevorzugt um primäre, sekundäre oder tertiäre Amine.According to the invention, the anion exchanger is a matrix which carries weak anion exchange groups. These are preferably primary, secondary or tertiary amines.
Die schwachen Anionenaustauschergruppen sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Aminomethyl (AM), Aminoethyl (AE), Methylhydroxyaminoethyl (MAE), Aminoalkyl, Alkylaminoalkyl, Dialkylaminoalkyl, Diethylaminoethyl (DEAE), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Trimethylamino (TMA), Triethylaminoethyl (TEAE), lineares oder verzweigtes Polyethylenimin (PEI), carboxyliertes oder Hydroxyalkyliertes Polyethylenimin, Jeffamin, Tris, Bis-Tris, Spermin, Spermidin, 3-(Propylamino)propylamin, Polyamidoamin (PAMAM) Dendrimere, Polyallylamin, Polyvinylamin, N-Morpholinoethyl, Polylysin, Tetraazacycloalkane, Zyklische Amine und protonierbare aromatische Amine.The weak anion exchange groups are preferably selected from the group comprising aminomethyl (AM), aminoethyl (AE), methylhydroxyaminoethyl (MAE), aminoalkyl, alkylaminoalkyl, dialkylaminoalkyl, diethylaminoethyl (DEAE), ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, trimethylamino (TMA) , Triethylaminoethyl (TEAE), linear or branched polyethylenimine (PEI), carboxylated or hydroxyalkylated polyethylenimine, Jeffamine, Tris, bis-tris, spermine, spermidine, 3- (propylamino) propylamine, polyamidoamine (PAMAM) dendrimers, polyallylamine, polyvinylamine, N- Morpholinoethyl, polylysine, tetraazacycloalkanes, cyclic amines and protonatable aromatic amines.
In besonders bevorzugter Weise wird hierbei DEAE und insbesondere MAE verwendet.In a particularly preferred manner DEAE and in particular MAE is used here.
Das Anionenaustauschermaterial kann in einer Säule gepackt oder frei in Lösung vorliegen. Bevorzugt ist hierbei die Ausführung als gepacktes Material in einer Säule. Bevorzugte Formate für das Material sind Partikel, Beads, Membranen, Filter, Platten und Kapillarröhrchen.The anion exchange material may be packed in a column or freely in solution. Preference is given to the execution as a packed material in a column. Preferred formats for the material are particles, beads, membranes, filters, plates and capillary tubes.
Das Anionenaustauschermaterial kann zweckmäßigerweise mit einem oder mehreren Vorfiltern versehen sein. Als Filtermaterial können zum Beispiel und nicht ausschließlich Cellulose oder gesintertes Polyethylen verwendet werden.The anion exchange material may conveniently be provided with one or more prefilters. As the filter material, for example, and not exclusively, cellulose or sintered polyethylene may be used.
Die Anionenaustauschergruppe ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren an eine Matrix als feste Oberfläche gebunden. Die Verbindung zwischen der festen Phase und der Anionenaustauschergruppe kann durch einen sogenannten Abstandshalter (sog. Spacer) variabler Länge erfolgen. Ein solcher Spacer, der linear oder verzweigt sein kann, erzwingt einen räumlichen Abstand zwischen der Matrix und der Anionenaustauschergruppe und überwindet damit sterische Störungen der Ligand-Ligat-Interaktion. Der Spacer kann 3 bis 30 C-Atome umfassen.The anion exchange group is bound to a matrix as a solid surface in the method of the invention. The connection between the solid phase and the anion exchange group can be effected by a so-called spacer (so-called spacer) of variable length. Such a spacer, which may be linear or branched, forces a spatial distance between the matrix and the anion exchange group and thus overcomes steric disturbances of the ligand-ligate interaction. The spacer can comprise 3 to 30 carbon atoms.
Als Matrix kann jegliches für Anionenaustausch-Chromatographie geeignetes Material verwendet werden, wie beispielsweise Silica, Borsilikate, organische Polymere, Polysaccharide, Metalloxide, Metalle, Sephadex, Sepharose, Hydrogele wie Agarose.As the matrix, any material suitable for anion exchange chromatography can be used, such as silica, boron silicates, organic polymers, polysaccharides, metal oxides, metals, Sephadex, Sepharose, hydrogels such as agarose.
Bei der Matrix als fester Phase handelt es sich bevorzugt um Kieselgel. Das Kieselgel kann hierbei eine mittlere Korngröße von unter 200 µm, bevorzugt von unter 100 µm und besonders bevorzugt von unter 60 µm haben.The matrix as solid phase is preferably silica gel. The silica gel may have an average particle size of less than 200 μm, preferably less than 100 μm and more preferably less than 60 μm.
Das Anionenaustauschermaterial und die eventuell verwendeten Filterelemente werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt mit einer Lösung äquilibriert, die aus Wasser und einer oberflächenaktiven Substanz, zum Beispiel einem Detergens oder einem C1-C4 Alkohol besteht und auf leicht saure pH-Werte, bevorzugt pH 5,0 bis pH 6,9 eingestellt ist.The anion exchange material and the filter elements which may be used are preferably equilibrated in the process according to the invention with a solution which consists of water and a surface-active substance, for example a detergent or a C 1 -
Lyseschrittlysis step
Die im Verfahren eingesetzte, Nukleinsäure enthaltende Probe wird üblicherweise durch einen Zellaufschluß, der sogenannten „Lyse“ gewonnen.The nucleic acid-containing sample used in the method is usually obtained by a cell disruption, the so-called "lysis".
Zweckmäßigerweise werden die in der Probe, die bevorzugt eine Bodenprobe oder eine mit Boden kontaminierte Probe ist, enthaltenen DNA-haltigen Zellen in einem Lysepuffer durch ein dem Fachmann bekanntes Verfahren, zum Beispiel mit Hilfe von Bead Beating, Mörsern unter flüssigem Stickstoff oder Erhitzen aufgeschlossen, um die in den Zellen enthaltene Nukleinsäure freizusetzen. Hierbei wird durch den Lysepuffer die in diesen Proben gegebenenfalls zusätzlich enthaltene freie Nukleinsäure ebenfalls in Lösung gebracht. Zwangsläufig wird zusätzlich bei entsprechend belasteten Proben die Fraktion der Fulvin- und Huminsäuren mit in Lösung gebracht, welche dann die Nukleinsäure enthaltende Lösung kontaminieren.Conveniently, the DNA-containing cells contained in the sample, which is preferably a soil sample or soil contaminated sample, are lysed in a lysis buffer by a method known to those skilled in the art, for example by bead beating, mortars under liquid nitrogen, or heating. to release the nucleic acid contained in the cells. This is done by the lysis buffer the optionally contained in these samples additionally free nucleic acid also brought into solution. Inevitably, in addition, with appropriately loaded samples, the fraction of fulvin and humic acids is brought into solution, which then contaminate the nucleic acid-containing solution.
Geeignete Lysepuffer sind dem Fachmann bekannt. Der Lysepuffer enthält hierbei mindestens ein Detergens, das bevorzugt ein anionisches Detergens ist. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung von Natriumdodecylsulfat (SDS).Suitable lysis buffers are known to the person skilled in the art. The lysis buffer in this case contains at least one detergent, which is preferably an anionic detergent. Particularly preferred here is the use of sodium dodecyl sulfate (SDS).
Das Detergens, das bevorzugt SDS ist, liegt in einer Ausführungsform in einer Konzentration von weniger als 10% (m/v), bevorzugt weniger als 5% (m/v), besonders bevorzugt weniger als 3% (m/v) vor.The detergent, which is preferably SDS, in one embodiment is present at a concentration of less than 10% (m / v), preferably less than 5% (m / v), more preferably less than 3% (m / v).
Des Weiteren kann der Lysepuffer einen Komplexbildner enthalten, der, zum Beispiel aber nicht ausschließlich, Ethylendiamintetraacetat (EDTA) oder Citrat ist.Furthermore, the lysis buffer may contain a complexing agent which is, for example, but not limited to, ethylenediaminetetraacetate (EDTA) or citrate.
Der Chelator, der bevorzugt Citrat oder EDTA ist, ist hierbei in einer Konzentration von weniger als 500 millimol pro Liter (mM), bevorzugt von weniger als 200 mM, besonders bevorzugt weniger als 150 mM in dem Lysepuffer enthalten.The chelator, which is preferably citrate or EDTA, is contained in the lysis buffer at a concentration of less than 500 millimoles per liter (mM), preferably less than 200 mM, more preferably less than 150 mM.
Als weitere Inhaltsstoffe des Lysepuffers können Puffersubstanzen, zum Beispiel Tris, MOPS, Acetat, Citrat, Bis-Tris oder MES in ausreichender Konzentration zur Stabilisierung des pH-Wertes enthalten sein.As further ingredients of the lysis buffer, buffer substances, for example Tris, MOPS, acetate, citrate, bis-tris or MES, can be present in sufficient concentration to stabilize the pH.
Die Konzentration der Puffersubstanz, wobei hier Tris bevorzugt ist, beträgt beispielsweise weniger als 500 mM, bevorzugt weniger als 200 mM und besonders bevorzugt weniger als 150 mM.The concentration of the buffer substance, in which case Tris is preferred, is for example less than 500 mM, preferably less than 200 mM and particularly preferably less than 150 mM.
Der pH-Wert des Lysepuffers liegt in einem Bereich von pH 5,0 bis 9,0, bevorzugt in einem Bereich von pH 6,0 bis 8,0 und besonders bevorzugt bei pH 7,0.The pH of the lysis buffer is in the range of pH 5.0 to 9.0, preferably in the range of pH 6.0 to 8.0 and more preferably pH 7.0.
Der Lysepuffer kann im erfindungsgemäßen Verfahren durch ein organisches Lösungsmittel, zum Beispiel Phenol:Chloroform:lsoamylalkohol (25:24:1 v/v/v) ergänzt werden.The lysis buffer can be supplemented in the process according to the invention by an organic solvent, for example phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1 v / v / v).
In einer Ausführungsform haben die zu einem Zellaufschluss mittels Bead Beating verwendeten Beads einen Durchmesser von unter 3,0 mm, bevorzugt von unter 2,0 mm, besonders bevorzugt von unter 1,0 mm.In one embodiment, the beads used for cell disruption by bead-beating have a diameter of less than 3.0 mm, preferably less than 2.0 mm, more preferably less than 1.0 mm.
Die Beads können aus einem der folgenden Materialien bestehen: Stahl, Glas, Keramik oder Korund. Bevorzugt sind hierbei Beads aus Keramik, und besonders bevorzugt aus Zirkonium mit einem Yttriumanteil zwischen 0 und 10%.The beads can be made of one of the following materials: steel, glass, ceramic or corundum. Preference is given here beads made of ceramic, and particularly preferably zirconium with an yttrium content between 0 and 10%.
Der Zellaufschluss erfolgt besonders bevorzugt in Gegenwart der Probe, des Lysepuffers, gegebenenfalls des organischen Lösungsmittels und der Beads durch Schütteln, zum Beispiel und nicht ausschließlich horizontal bei 30 Hz für 5 min, vertikal bei 5 m/s für 30 s oder orbital bei 2700 Umdrehungen pro Minute mit einem Radius von 3 mm für 5 min.The cell digestion is particularly preferably carried out in the presence of the sample, the lysis buffer, optionally the organic solvent and the beads by shaking, for example and not exclusively horizontally at 30 Hz for 5 min, vertically at 5 m / s for 30 s or orbital at 2700 revolutions per minute with a radius of 3 mm for 5 min.
Optimale Bedingungen sind probenspezifisch und für den Fachmann leicht zu ermitteln.Optimal conditions are sample-specific and easy for the skilled person to determine.
Im Anschluss an den Zellaufschluss werden ungelöste Bodenpartikel von den gelösten Komponenten abgetrennt, zum Beispiel durch Zentrifugation oder durch Filtration. Der nukleinsäurehaltige klare Überstand kann im erfindungsgemäßen Verfahren mit einer weiteren Lösung versetzt werden, mit der die Bindebedingungen an die Anionenaustauschermatrix definiert werden, sofern dies nicht bereits durch die Zusammensatzung des Lysepuffers erfolgt ist. Hierbei handelt es sich um eine Salzlösung, bevorzugt um eine Carbonsäuresalz-enthaltende Lösung, besonders bevorzugt um eine Kaliumacetatlösung.Following cell disruption, undissolved soil particles are separated from the dissolved components, for example by centrifugation or by filtration. The nucleic acid-containing clear supernatant can be mixed in the process according to the invention with a further solution, with which the binding conditions are defined to the anion exchange matrix, if this is not already done by the composition of the lysis buffer. This is a salt solution, preferably a solution containing carboxylic acid salt, more preferably a potassium acetate solution.
Volumen und Konzentration werden hierbei zweckmäßigerweise so gewählt, dass sich in der resultierenden Lösung aus Lyseüberstand und Bindelösung eine Kalium und Acetatkonzentration von mehr als 100 mM, bevorzugt mehr als 200 mM, besonders bevorzugt mehr als 300 mM und bevorzugt weniger als 750 mM, besonders bevorzugt weniger als 500 mM einstellt.Volume and concentration are expediently chosen so that in the resulting solution of lysis supernatant and binding solution, a potassium and acetate concentration of more than 100 mM, preferably more than 200 mM, more preferably more than 300 mM and preferably less than 750 mM, particularly preferred less than 500mM.
Der resultierende pH-Wert liegt zweckmäßigerweise bei pH 4,0 bis pH 7,0, bevorzugt bei pH 4,5 bis 6,5, besonders bevorzugt bei pH 5,0 bis pH 6,0.The resulting pH is suitably at pH 4.0 to pH 7.0, preferably at pH 4.5 to 6.5, more preferably at pH 5.0 to pH 6.0.
Anbindungsschritt connection step
Der Lyseüberstand, in dem die entsprechenden Bindebedingungen eingestellt wurden, wird mit dem (bevorzugt äquilibrierten) Anionenaustauschermaterial in Kontakt gebracht. In der Ausführungsform als gepacktes Material in einer Säule wird die Lösung über einen Eingang mit dem Anionenaustauschermaterial in Kontakt gebracht und verlässt die Packung über einen in Flussrichtung liegenden Ausgang.The lysis supernatant, in which the appropriate binding conditions have been set, is contacted with the (preferably equilibrated) anion exchange material. In the embodiment as packed material in a column, the solution is contacted via an entrance to the anion exchange material and leaves the packing via a downstream exit.
Treibende Kraft können die Erdbeschleunigung (gravity flow) oder ein positiver Druck, zum Beispiel durch eine Pumpe vermittelt, sein. Negativer Druck (Vakuum) wird bevorzugt nicht verwendet. Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform als gravity flow Säule.Driving force may be gravitational flow or positive pressure mediated by, for example, a pump. Negative pressure (vacuum) is preferably not used. Particularly preferred is the embodiment as a gravity flow column.
Liegt das Anionenaustauschermaterial in loser Schüttung vor, so wird dieses mit dem Lyseüberstand in Kontakt gebracht, zum Beispiel durch Suspendieren der Anionenaustauschermatrix im Lyseüberstand. Nach der Bindung wird das Anionenaustauschermaterial zum Beispiel durch Zentrifugation, Filtration oder, falls auf Grund der Wahl der festen Phase möglich, ein magnetisches Feld aus dem Lyseüberstand entfernt. Bei der Bindung werden Polyanionen wie zum Beispiel Nukleinsäuren, Huminsäuren und negativ geladene Proteine wenigstens teilweise an die positiv geladene Anionenaustauschermatrix gebunden.If the anion exchange material is in bulk, it will be contacted with the lysis supernatant, for example by suspending the anion exchange matrix in the lysis supernatant. After binding, the anion exchange material is removed from the lysis supernatant, for example, by centrifugation, filtration or, if possible due to the choice of the solid phase, a magnetic field. In binding, polyanions such as nucleic acids, humic acids and negatively charged proteins are at least partially bound to the positively charged anion exchange matrix.
Falls erforderlich wird ein verwendeter Vorfilter ausgespült, um die dort im Totvolumen enthaltene Nukleinsäure ebenfalls auf die Anionenaustauschermatrix zu binden. Als Spüllösung wird typischerweise eine Lösung verwendet, die in ihrer Zusammensetzung der Lösung entspricht, mit der die Nukleinsäure an den Anionenaustauscher gebunden wurde. Alternativ kann Wasser ohne weitere Zusätze verwendet werden.If necessary, a prefilter used is rinsed out to also bind the nucleic acid contained therein in the dead volume to the anion exchange matrix. The rinsing solution typically used is a solution whose composition corresponds to the solution with which the nucleic acid was bound to the anion exchanger. Alternatively, water can be used without further additives.
Waschschrittwash
Durch einen Waschschritt werden im erfindungsgemäßen Verfahren erste Kontaminanten, zum Beispiel Proteine oder Fulvosäuren, vom Anionenaustauscher eluiert.By means of a washing step, first contaminants, for example proteins or fulvic acids, are eluted from the anion exchanger in the process according to the invention.
Hierbei wird eine Waschlösung verwendet, die in ihrer Zusammensetzung die Elution niedermolekularer Oligo- oder Polyanionen fördert, hochmolekulare Polyanionen jedoch auf der Säule gebunden hält. Bei einem Anionenaustauscher ist dabei der pH-Wert von entscheidender Bedeutung. Der einsetzbare Konzentrationsbereich des für den Waschschritt verwendeten Salzes wird umso schmaler, je höher der pH-Wert der Lösung ist, da sich die Anzahl positiv geladener Gruppen des Anionenaustauschers in Abhängigkeit vom pKa-Wert der Anionenaustauschergruppe und vom pH-Wert der Lösung verändert. Bei alkalischem pH-Wert sinkt der Anteil protonierter, also positiv geladener Anionenaustauschergruppen, was eine Elution von gebundenen Anionen fördert.In this case, a washing solution is used, which promotes the composition of the elution of low molecular weight oligo- or polyanions, however, high molecular weight polyanions keeps bound to the column. In the case of an anion exchanger, the pH value is of crucial importance. The usable concentration range of the salt used for the washing step becomes narrower, the higher the pH of the solution, since the number of positively charged groups of the anion exchanger changes depending on the pKa value of the anion exchange group and the pH of the solution. At alkaline pH, the proportion of protonated, ie positively charged anion exchange groups decreases, which promotes elution of bound anions.
Da im erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt MAE als Anionenaustauschergruppe eingesetzt wird, hat die verwendete Waschlösung bevorzugt einen pH-Wert von 6,5 bis 7,5, besonders bevorzugt von pH 7,0, wobei der pH-Wert durch eine Puffersubstanz, zum Beispiel Tris-Cl abgepuffert wird. In diesem Fall erfolgt eine Elution niedermolekularer Kontaminanten durch eine Salzlösung mit einer Anionenkonzentration von 200 mM bis 600 mM, bevorzugt von 300 mM bis 500 mM, besonders bevorzugt von 450 mM. Als Salz können beispielsweise Halogenide, Phosphate, Sulfate, Cyanate und Acetate eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird Guanidiniumthiocyanat verwendet. Zur besseren Vermittlung einer Grenzflächenaktivität und zur Anpassung der optimalen Polarität der flüssigen Phase enthält die Waschlösung Ethanol in einer Konzentration von 5 bis 25 Vol.-%, bevorzugt von 10 bis 20 Vol.-%, und besonders bevorzugt von 15 Vol.-%.Since MAE is particularly preferably used as the anion exchange group in the process according to the invention, the wash solution used preferably has a pH of from 6.5 to 7.5, particularly preferably of pH 7.0, the pH being limited by a buffer substance, for example Tris -Cl is buffered. In this case, low molecular weight contaminants are eluted by a saline solution having an anion concentration of from 200 mM to 600 mM, preferably from 300 mM to 500 mM, more preferably from 450 mM. As the salt, for example, halides, phosphates, sulfates, cyanates and acetates can be used. Guanidinium thiocyanate is particularly preferably used. To better impart interfacial activity and to adjust the optimum polarity of the liquid phase, the wash solution contains ethanol in a concentration of 5 to 25% by volume, preferably 10 to 20% by volume, and more preferably 15% by volume.
Elutionsschrittelution
Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Elution der Nukleinsäure vom Anionenaustauscher durch eine Elutionslösung, die Lithiumchlorid (LiCI) oder Lithiumacetat (LiOAc) als Salz enthält.In the process of the invention, the elution of the nucleic acid from the anion exchanger is carried out by an elution solution containing lithium chloride (LiCl) or lithium acetate (LiOAc) as a salt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Elutionslösung das Lithiumchlorid (LiCI) oder Lithiumacetat als einziges Salz. Dieses Lithiumsalz wird gegebenenfalls ergänzt durch ein Ion in geringer Konzentration, welches eine Funktion als Puffersubstanz für den pH-Wert übernimmt und/oder einen C1-C4 Alkohol zur Anpassung der Polarität.In a preferred embodiment, the elution solution contains the lithium chloride (LiCl) or lithium acetate as sole salt. This lithium salt is optionally supplemented by an ion in low concentration, which acts as a buffer substance for the pH and / or a C1-C4 alcohol to adjust the polarity.
Falls gewünscht kann die Elution mehrstufig mit steigender Elutionskraft durchgeführt werden, um Nukleinsäuren gemäß ihrer Länge zu fraktionieren.If desired, elution can be carried out in several stages with increasing elution force to fractionate nucleic acids according to their length.
Soll gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Gesamtnukleinsäure isoliert werden, so erfolgt bei Verwendung von Lithiumchlorid die Elution pH-Wert abhängig mit 700 mM bis 1500 mM LiCI bei einem pH-Wert von 7,0 bis 10,0, bevorzugt bei pH 7,5 bis 9,0, besonders bevorzugt mit bei pH 8,0 und 850 mM LiCI. Als Puffersubstanz wird hierbei bevorzugt Tris-Cl in einer Konzentration von zum Beispiel 100 mM eingesetzt. If total nucleic acid is to be isolated according to the method according to the invention, the elution pH value is dependent on 700 mM to 1500 mM LiCl at a pH of 7.0 to 10.0, preferably at pH 7.5 to 9 when using lithium chloride , 0, more preferably at pH 8.0 and 850 mM LiCl. The buffer substance used here is preferably Tris-Cl in a concentration of, for example, 100 mM.
Im erfindungsgemäßen Verfahren mit Fraktionierung erfolgt die Elution kurzer DNA bis ca. 3000 Basenpaare (bp) beziehungsweise von RNA bis ca. 3000 Nukleotide (nt) bei pH 7,0 und einer Salzkonzentration von 1000 mM, längere Nukleinsäure wird mit 850 mM LiCI bei pH 8,0 eluiert. Der pH-Wert wird dabei besonders bevorzugt durch Tris-Cl in einer Konzentration von 100 mM stabilisiert. Bei steigendem pH-Wert erfolgt bei gleicher LiCI-Konzentration eine Elution längerer Nukleinsäuren, so dass die LiCI-Konzentration bei einem höheren pH-Wert abgesenkt werden muss, sofern eine Fraktionierung erforderlich ist. Der Fachmann kann entsprechende Bedingungen durch einfache Experimente ermitteln. Zur besseren Vermittlung einer Grenzflächenaktivität und zur Einstellung der Lösungsmittelpolarität enthält die Elutionslösung optional einen C1-C4-Alkohol, vorzugsweise Ethanol oder Isopropanol, in einer Konzentration von 1 bis 25 Vol.-%, bevorzugt von 10 bis 20 Vol.-%, und besonders bevorzugt von 15 Vol.-%.In the fractionation process according to the invention, the elution of short DNA to about 3000 base pairs (bp) or of RNA to about 3000 nucleotides (nt) at pH 7.0 and a salt concentration of 1000 mM, longer nucleic acid is carried out with 850 mM LiCl at pH 8.0 eluted. The pH is particularly preferably stabilized by Tris-Cl in a concentration of 100 mM. As the pH increases, elution of longer nucleic acids occurs at the same LiCl concentration, so that the LiCl concentration must be lowered at a higher pH if fractionation is required. The skilled person can determine appropriate conditions by simple experiments. For better imparting interfacial activity and adjusting the solvent polarity, the elution solution optionally contains a C1-C4 alcohol, preferably ethanol or isopropanol, in a concentration of 1 to 25% by volume, preferably 10 to 20% by volume, and especially preferably 15% by volume.
Nachbehandlungsschrittpost-treatment step
Die Entsalzung und Aufkonzentrierung der eluierten Nukleinsäure erfolgt zum Beispiel durch eine dem Fachmann bekanntes Verfahren, wie beispielsweise durch Fällung mit Isopropanol. Hierzu wird das Anionenaustauschereluat mit 0,7 Volumen Isopropanol versetzt, für 0 bis 24 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend bevorzugt auf einem Glas- oder Quarzfaserfilter („Silicamembran“) abfiltriert. Entsprechende Vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt.The desalting and concentration of the eluted nucleic acid is carried out, for example, by a method known to the person skilled in the art, for example by precipitation with isopropanol. For this purpose, the Anionenaustauschereluat is mixed with 0.7 volume of isopropanol, incubated for 0 to 24 hours at room temperature and then preferably filtered on a glass or quartz fiber filter ("silica membrane"). Corresponding devices are known to the person skilled in the art.
Bei dem verwendeten Glasfaserfilter kann es sich zum Beispiel und nicht ausschließlich um einen binderfreien Glasfaserfilter mit einem Gewicht von 120 g/cm2, 0,6 mm Dicke und einem mittleren Rückhaltevermögen für Partikel in Lösungen von 1,4 µm handeln, von dem eine oder mehrere Lagen zur Filtration eingesetzt werden. Die Filtration kann mittels Vakuum, Zentrifugation oder durch positiven Druck beschleunigt werden.The glass fiber filter used may be, for example and not exclusively, a binder-free glass fiber filter having a weight of 120 g / cm 2 , 0.6 mm thickness and an average particle retention capacity in solutions of 1.4 μm, one or more of which several layers are used for filtration. The filtration can be accelerated by vacuum, centrifugation or by positive pressure.
Das auf dem Filter zurückgehaltene Nukleinsäurepräzipitat wird durch einen oder mehrere Waschschritte mit Ethanol in einer Konzentration von bevorzugt mehr als 69% in Wasser gewaschen. Verbleibender Ethanol wird durch Zentrifugation oder Lufttrocknung entfernt. Das Nukleinsäurepräzipitat wird anschließend in Wasser, TE-Puffer oder einem beliebigen geeigneten Lösungsmittel gelöst und vom Filter eluiert.The retained on the filter nucleic acid precipitate is washed by one or more washing steps with ethanol in a concentration of preferably more than 69% in water. Remaining ethanol is removed by centrifugation or air drying. The nucleic acid precipitate is then dissolved in water, TE buffer or any suitable solvent and eluted from the filter.
Alternativ kann die Fällung ohne einen Glasfaserfilter direkt in einem dem Fachmann bekannten Reaktionsgefäß erfolgen.Alternatively, the precipitation can take place without a glass fiber filter directly in a reaction vessel known to the person skilled in the art.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung einen Kit zur Isolierung von Nukleinsäuren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereit, wobei der Kit Folgendes umfasst:
- a) eine Anionenaustausch-Matrix mit schwachen Anionenaustauschergruppen;
- b) einen Waschpuffer;
- c) einen Lithiumchlorid oder Lithiumacetat enthaltenden Elutionspuffer; und
- d) Anweisungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- a) an anion exchange matrix with weak anion exchange groups;
- b) a wash buffer;
- c) an elution buffer containing lithium chloride or lithium acetate; and
- d) instructions for carrying out the method according to the invention.
Der Kit zur Isolierung non Nukleinsäuren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch folgende optionale Komponenten umfassen:
- 1. einen Lysepuffer
- 2. Isopropanol
- 3. Glasfilter oder Silikamembran-Filter
- 4. Röhrengefäße.
- 1. a lysis buffer
- 2. isopropanol
- 3. Glass filter or silica membrane filter
- 4. Tubular vessels.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Lithiumchlorid-haltigen Elutionspuffers zur Entfernung von enzyminhibierenden Polyanionen aus einer Nukleinsäure-enthaltenden Probe durch selektive Elution der an einer Anionenaustausch-Matrix mit schwachen Anionenaustauschergruppen gebundenen Nukleinsäuren unter verbleibender Anbindung der enzyminhibierenden Polyanionen an der Anionenaustauscher-Matrix.In a third aspect, the invention relates to the use of a lithium chloride-containing elution buffer for removing enzyme-inhibiting polyanions from a nucleic acid-containing sample by selective elution of nucleic acids bound to an anion exchange matrix having weak anion exchange groups with remaining attachment of the enzyme-inhibiting polyanions to the anion exchange matrix ,
Definitionen definitions
Unter einer „einem enzyminhibierenden Polyanion“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polymer verstanden, das bei einem pH-Wert von 7,0 mehrere anionische Gruppen trägt und welches in einer PCR einen negativen Einfluss auf die Amplifikation der Nukleinsäure ausübt.In the context of the present invention, an "enzyme-inhibiting polyanion" is understood as meaning a polymer which carries a plurality of anionic groups at a pH of 7.0 and which exerts a negative influence on the amplification of the nucleic acid in a PCR.
Gemäß der Erfindung ist eine „Huminsäure“ eine hochmolekulare chemische Verbindung, die neben anderen Huminstoffen während des Abbauprozesses von biologischem Material durch „Humifizierung“ gebildet werden. Der Molmassenbereich der Huminsäure liegt dabei zwischen 2000 und 300.000 Dalton. Sie besteht hauptsächlich aus teilweise abgebautem pflanzlichem Lignin und Cellulose, an die oft auch Proteine und Kohlenhydrate angelagert sind. Die Huminsäure enthält typischerweise unterschiedliche chemische Komponenten wie Chinon-, Phenol-, Zucker- oder Peptidkomponenten enthalten, die miteinander bevorzugt über phenolische Brücken verknüpft sind.According to the invention, a "humic acid" is a high molecular chemical compound which, among other humic substances, are formed by "humification" during the degradation process of biological material. The molar mass range of humic acid is between 2000 and 300,000 daltons. It consists mainly of partially degraded vegetable lignin and cellulose, which are often attached to proteins and carbohydrates. The humic acid typically contains different chemical components, such as quinone, phenol, sugar or peptide components, which are preferably linked together via phenolic bridges.
Im Kontext der Erfindung ist eine schwache Anionenaustauschergruppe als ein Anionenaustauscher definiert, der nur in einem eingeschränkten pH-Bereich ionisierbar ist. Diese sind bevorzugt primäre, sekundäre oder tertiäre Amine.In the context of the invention, a weak anion exchange group is defined as an anion exchanger that is ionizable only in a limited pH range. These are preferably primary, secondary or tertiary amines.
Ausführungsbeispieleembodiments
Isolierung von DNA und RNA aus einer BodenprobeIsolation of DNA and RNA from a soil sample
Das folgende Beispiel beschreibt exemplarisch ein erfindungsgemäßes Aufreinigungsverfahren anhand einer Bodenprobe und zeigt die vorteilhafte Aufreinigung gegenüber Standard-Elutionspuffern.The following example describes by way of example an inventive purification process using a soil sample and shows the advantageous purification compared to standard elution buffers.
TestdurchführungTest procedure
Pro Ansatz wurden 500 mg Bodenprobe in einem Gefäß mit 1,5 g Keramik Beads vorgelegt. Nach Zusatz von 800 µL Lysepuffer und 100 µL Phenol:Chloroform:lsoamylalkohol (25:24:1 v/v/v) wurden die in der Probe enthaltenen Zellen durch „Bead Beating“ aufgeschlossen. Die Proben wurden durch Zentrifugation in einen nukleinsäurehaltigen Überstand und ein Pellet aus Bodenpartikeln und Beads getrennt. Die Überstände wurden in neue Reaktionsgefäße überführt und mit einem Bindepuffer versetzt. Nach einem weiteren Zentrifugationsschritt zur Feinklärung wurden die Überstände in einem gemeinsamen Gefäß zusammengefasst und durch Vortexen zu einem homogenen Masterlysat vermischt. Durch die Lyse bedingte Unterschiede in Nukleinsäurekonzentration und Huminsäurekontamination werden durch diesen Schritt nivelliert. Von diesem Masterlysat mit einheitlicher Nukleinsäure- und Huminsäurekonzentration wurden gleiche Volumina mittels „gravity flow“ auf sieben identische, äquilibrierte MAE-Anionenaustauschersäulen geladen. Durch Zugabe eines Waschpuffers wurden niedermolekulare Kontaminanten entfernt. Die Elution der sieben Säulen erfolgte in zwei Schritten mit den folgenden Lösungen:
- Schritt 1 (Fraktion 1)
- 1. 1000 mM LiCI, 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH - 2. 1000 mM NaCl, 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH - 3. 1000 mM KCl, 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH - 4. 1000 mM NH4Cl, 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH - 5. 1000 mM Guanidinium-Cl (GuCI), 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH - 6. 500 mM MgCl2, 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH - 7. 500 mM CaCl2, 100 mM Tris-Cl,
7,0, 15% EthanolpH
- 1. 1000 mM LiCI, 100 mM Tris-Cl,
- Schritt 2 (Fraktion 2)
- 1. 850 mM LiCI, 100 mM Tris-Cl,
8,0pH - 2. 850 mM NaCl, 100 mM Tris-Cl,
8,0pH - 3. 850 mM KCl, 100 mM Tris-Cl,
8,0pH - 4. 850 mM NH4Cl, 100 mM Tris-Cl,
8,0pH - 5. 850 mM Guanidinium-Cl (GuCI), 100 mM Tris-Cl,
8,0pH - 6. 425 mM MgCle, 100 mM Tris-Cl,
8,0pH - 7. 425 mM CaCl2, 100 mM Tris-Cl,
8,0pH
- 1. 850 mM LiCI, 100 mM Tris-Cl,
- Step 1 (Fraction 1)
- 1. 1000 mM LiCl, 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- 2. 1000 mM NaCl, 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- 3. 1000 mM KCl, 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- 4. 1000 mM NH 4 Cl, 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- 5. 1000 mM guanidinium Cl (GuCl), 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- 6. 500 mM MgCl 2 , 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- 7. 500 mM CaCl 2 , 100 mM Tris-Cl, pH 7.0, 15% ethanol
- Step 2 (Fraction 2)
- 1. 850 mM LiCl, 100 mM Tris-Cl, pH 8.0
- 2. 850mM NaCl, 100mM Tris-Cl, pH 8.0
- 3. 850mM KCl, 100mM Tris-Cl, pH 8.0
- 4. 850 mM NH 4 Cl, 100 mM Tris-Cl, pH 8.0
- 5. 850 mM guanidinium Cl (GuCl), 100 mM Tris-Cl, pH 8.0
- 6. 425 mM MgCl e , 100 mM Tris-Cl, pH 8.0
- 7. 425 mM CaCl 2 , 100 mM Tris-Cl, pH 8.0
Die Eluate werden aufgefangen und mittels bekannter Isopropanolfällung entsalzt und aufkonzentriert. Hierzu werden zu den Eluaten jeweils 0,7 Volumen Isopropanol gegeben. Durch Filtration auf einen Glasfaserfilter wird das Nukleinsäurepräzipitat aufgefangen und mit einer Lösung von 80% Ethanol in Wasser gewaschen. Nach der Ethanolentfernung durch Trocknung wird die Nukleinsäure in jeweils 100 µL Wasser (H2Obidest.) gelöst und für die nachfolgenden Experimente verwendet.The eluates are collected and desalted by means of known isopropanol precipitation and concentrated. For this purpose, 0.7 volumes of isopropanol are added to the eluates. By filtration on a glass fiber filter, the nucleic acid precipitate is collected and washed with a solution of 80% ethanol in water. After the ethanol removal by drying, the nucleic acid is dissolved in 100 μL of water (H 2 O bidest. ) And used for the following experiments.
Analyse der EluateAnalysis of the eluates
Photometrische MessungPhotometric measurement
Eine photometrische Messung der Gesamteluate bei 300 nm zeigt den Grad an Braunfärbung der Eluate an. Je höher die Extinktion bei 300 nm ist, desto brauner sind die Eluate, was auf eine Verschleppung von Huminsäuren hinweist. Bevorzugt sind also möglichst kleine Werte unterhalb von 0,05.A photometric measurement of the total eluates at 300 nm indicates the degree of browning of the eluates. The higher the absorbance at 300 nm, the brighter the eluates, indicating the carryover of humic acids. Preference is therefore as small as possible values below 0.05.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und
Elelektrophoretische AnalyseElelectrophoretic analysis
20 µL der ersten Elutionsfraktion und 10 µL der zweiten Elutionsfraktion werden auf einem 1%-igen TAE Agarosegel aufgetrennt. Das Gelbild ist in
Bei NH4 als Kation ist keine signifikante Nukleinsäureelution feststellbar. Magnesium und Kalzium eluieren vor allem DNA, weniger RNA. Kalium und Guanidinium eluieren verzögert RNA und keine DNA.With NH4 as cation, no significant nucleic acid elution can be detected. Magnesium and calcium mainly elute DNA, less RNA. Potassium and guanidinium elute delays RNA and no DNA.
Beachtlicherweise ist nur mit dem Lithium-haltigen Puffer eine fraktionierte Aufreinigung von RNA (1. Fraktion) und DNA (2. Fraktion) möglich.Remarkably, fractionated purification of RNA (1st fraction) and DNA (2nd fraction) is possible only with the lithium-containing buffer.
Analyse der Enzyminhibition durch RT-PCTAnalysis of enzyme inhibition by RT-PCT
Zum Nachweis einer enzymatischen Inhibierung wird zunächst eine RT-PCR durchgeführt. Es ist bekannt, dass Huminstoffe thermostabile DNA-Polymerasen wie die TAQ-Polymerase hemmen können.To demonstrate enzymatic inhibition, an RT-PCR is first carried out. It is known that humic substances can inhibit thermostable DNA polymerases such as TAQ polymerase.
Im vorliegenden Ansatz wird ein 466 bp großes Stück der 16S rRNA amplifiziert. Durch die Wahl der Primer „331F PCR16“ und „MTY4 PCR Uni“ wird nur RNA amplifiziert. Für die Umschreibung der RNA in die cDNA mittels dem Enzym reverse Transcriptase wird der Primer „MYT4- 797R PCR16“ verwendet.
RT-Primer: MYT4- 797R PCR16 5'-CAGCTTGGTAGAATCGATCAGCTAC/GGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTT-3'
PCR-Primer/ Forward Primer: 331F PCR16 5'-TCCTACGGGAGGCAGCAG-3'
PCR-Primer/ Reverse Primer: MTY4 PCR Uni: 5'-CAGCTTGGTAGAATCGATCAGCTAC-3'In the present approach, a 466 bp piece of 16S rRNA is amplified. By selecting the primers "331F PCR16" and "MTY4 PCR Uni" only RNA is amplified. For the transcription of the RNA into the cDNA by means of the enzyme reverse transcriptase, the primer "MYT4-797R PCR16" is used.
RT primer: MYT4-797R PCR16 5'-CAGCTTGGTAGAATCGATCAGCTAC / GGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTT-3 '
PCR Primer / Forward Primer: 331F PCR16 5'-TCCTACGGGAGGCAGCAG-3 '
PCR primer / reverse primer: MTY4 PCR Uni: 5'-CAGCTTGGTAGAATCGATCAGCTAC-3 '
Die Amplifikation und Quantifizierung der Amplifikate erfolgt mittels Realtime-PCR unter Verwendung des „BioLine SensiFAST SYBR low-Rox One Step“ Kits (Fa. Bioline). Das Volumen der RT-PCT-Ansätze beträgt 20 µL.The amplification and quantification of the amplificates is carried out by means of real-time PCR using the "BioLine SensiFAST SYBR low-Rox One Step" kit (Bioline). The volume of the RT-PCT preparations is 20 μL.
Die Ergebnisse der RT-PCR für die erste Eluatfraktion sind in
Bei einer PCR verdoppelt sich theoretisch bei jedem Zyklus die Menge an DNA (2n mit n = Anzahl der Zyklen), so dass ein Unterschied von 12,6 Zyklen (20,91 - 33,51) bis zum Erreichen des Cp-Wertes mathematisch einem Konzentrationsunterschied von Faktor 212,6 = ca. 6000 entspräche. Die Cp-Werte der in
Ein solcher Konzentrationsunterschied ist im Gelbild nicht zu erkennen, dort wirken die 16S rRNA Banden beider Eluate gleich intensiv. Der große Unterschied in der PCR ist folglich nur dadurch zu erklären, dass nicht bei jedem Zyklus die theoretisch mögliche Verdopplung stattgefunden hat, sondern die Aktivität der Polymerase in der NaCI-Eluatfraktion reduziert war (xn mit x << 2).Such a difference in concentration can not be detected in the gel image, where the 16S rRNA bands of both eluates have the same intensity. Consequently, the big difference in the PCR can only be explained by the fact that the theoretically possible duplication did not take place every cycle, but the activity of the polymerase in the NaCl eluate fraction was reduced (x n with x << 2).
Die Analyse der zweiten Eluatfraktion zeigte nur für die Eluate von Lithium, Natrium, Kalium, Guanidinium und Magnesium eine messbares 16S rRNA-Amplifikat (siehe
Zum Nachweis einer PCR-Inhibierung in der DNA-Fraktion wird das 16S rRNA Gen mit ca. 1,6 kbp komplett amplifiziert. Als Primer hierfür wird das bekannte Primerpaar pA und pH' verwendet.
pA: 5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3'
pH': 5'-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3'To detect a PCR inhibition in the DNA fraction, the 16S rRNA gene is completely amplified at about 1.6 kbp. The primer used for this is the known primer pair pA and pH '.
pA: 5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3 '
pH ': 5'-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3'
Die PCR erfolgt mittels Endpunkt-PCR und 35 Zyklen. Die Eluate werden unverdünnt, sowie mit Wasser 1:10 verdünnt in die PCR eingesetzt. Eine PCR Inhibierung zeigt sich darin, dass die PCR erst bei höheren Verdünnungsstufen ein Amplifikat zeigt.PCR is performed by endpoint PCR and 35 cycles. The eluates are used undiluted and diluted 1:10 with water in the PCR. A PCR inhibition is shown in that the PCR shows an amplificate only at higher dilution levels.
Unverdünnt ist nur bei Verwendung von Lithium ein Signal messbar (
In einer 1:100 Verdünnung (
Anhand von photometrischer Bestimmung der Braunfärbung der Eluate (Huminsäureverschleppung) und PCR-Daten lässt sich also eine Verschleppung von Huminsäure aus der Bodenprobe in die Eluate nachweisen. Diese trat bei allen zur Elution verwendeten Salzen auf, nur bei Lithiumchlorid nicht. Die Chloridkonzentration und damit die für einen Anionentauscher relevante Komponente war dabei in allen Proben einheitlich. Der deutliche Einfluss des Kations ist unerwartet und zeigt einen starken positiven Effekt.On the basis of photometric determination of the brown color of the eluates (humic acid carryover) and PCR data, it is thus possible to detect a carry-over of humic acid from the soil sample into the eluates. This occurred in all salts used for elution, but not in lithium chloride. The chloride concentration and thus the relevant component for an anion exchanger was uniform in all samples. The clear influence of the cation is unexpected and shows a strong positive effect.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von RNA und DNA aus einer Huminsäurehaltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 unter Analyse der Extinktion der RNA-Eluate (Fraktion 1) und DNA-Eluate (Fraktion 2) bei 300 nm.1 shows the results of the isolation of RNA and DNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 with analysis of the extinction of the RNA eluates (fraction 1) and DNA eluates (fraction 2) at 300 nm. -
2 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von RNA und DNA aus einer Huminsäurehaltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 anhand einer gelektrophoretischen Analyse der Eluate (Fraktion 1 und 2). Dargestellt ist das Ethidiumbromid-gefärbte Agarose-Gel unter UV-Exposition. Als Größenmarker wurde eine 1kb-Leiter mit aufgetrennt.2 shows the results of the isolation of RNA and DNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 by means of a gel electrophoretic analysis of the eluates (fraction 1 and 2). Shown is the ethidium bromide stained agarose gel under UV exposure. The size marker was a 1kb ladder. -
3 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von RNA aus einer Huminsäure-haltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 anhand einer semiquantitativen RT-PCR-Analyse der Eluate. Dargestellt sind die Amplifikationskurven der einzelnen PCR-Reaktionen.3 shows the results of the isolation of RNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 by means of a semiquantitative RT-PCR analysis of the eluates. Shown are the amplification curves of the individual PCR reactions. -
4 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von DNA aus einer Huminsäure-haltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 anhand einer semiquantitativen RT-PCR-Analyse der Eluate. Dargestellt sind die Amplifikationskurven der einzelnen PCR-Reaktionen.4 shows the results of the isolation of DNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 by means of a semiquantitative RT-PCR analysis of the eluates. Shown are the amplification curves of the individual PCR reactions. -
5 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von DNA aus einer Huminsäure-haltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 anhand einer Endpunkt-PCR-Analyse (35 Zyklen) der unverdünnten Eluate. Dargestellt ist ein Ethidiumbromid-gefärbtes Agarose-Gel der aufgetrennten PCR-Reaktionsansätze. Als Größenmarker wurde die „GeneRuler 1kb DNA ladder“ mit aufgetrennt (Größe in bp: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 8000, 10.000).5 Figure 3 shows the results of isolating DNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 by end-point PCR analysis (35 cycles) of the undiluted eluates. Shown is an ethidium bromide stained agarose gel of the separated PCR reaction mixtures. The size marker was the "GeneRuler 1kb DNA ladder" (size in bp: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 8000, 10.000). -
6 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von DNA aus einer Huminsäure-haltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 anhand einer Endpunkt-PCR-Analyse (35 Zyklen) der 1:10 verdünnten Eluate. Dargestellt ist ein Ethidiumbromid-gefärbtes Agarose-Gel der aufgetrennten PCR-Reaktionsansätze. Als Größenmarker wurde die „GeneRuler 1kb DNA ladder“ mit aufgetrennt (Größe in bp: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 8000, 10.000).6 Figure 3 shows the results of isolation of DNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 by end-point PCR analysis (35 cycles) of 1:10 diluted eluates. Shown is an ethidium bromide stained agarose gel of the separated PCR reaction mixtures. The size marker was the "GeneRuler 1kb DNA ladder" (size in bp: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 8000, 10.000). -
7 zeigt die Ergebnisse der Isolierung von DNA aus einer Huminsäure-haltigen Bodenprobe gemäß Beispiel 1 anhand einer Endpunkt-PCR-Analyse (35 Zyklen) der 1:100 verdünnten Eluate. Dargestellt ist ein Ethidiumbromid-gefärbtes Agarose-Gel der aufgetrennten PCR-Reaktionsansätze. Als Größenmarker wurde die „GeneRuler 1kb DNA ladder“ mit aufgetrennt (Größe in bp: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 8000, 10.000).7 Figure 2 shows the results of isolation of DNA from a humic acid-containing soil sample according to Example 1 by end-point PCR analysis (35 cycles) of the 1: 100 diluted eluates. Shown is an ethidium bromide stained agarose gel of the separated PCR reaction mixtures. The size marker was the "GeneRuler 1kb DNA ladder" (size in bp: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 8000, 10.000).
Weitere Varianten der Erfindung und ihre Ausführung ergeben sich für den Fachmann aus der vorangegangenen Offenbarung, den Figuren und den Patentansprüchen.Other variants of the invention and their execution will become apparent to those skilled in the art from the foregoing disclosure, the drawings and the claims.
In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“ und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Einrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Einrichtungen ausführen. In den Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und Schritte anzusehen.Terms used in the claims, such as "comprising," "comprising," "including," "containing," and the like, do not exclude other elements or steps. The use of the indefinite article does not exclude a majority. A single device can perform the functions of several units or devices mentioned in the claims. Reference signs indicated in the claims should not be regarded as limitations on the means and steps employed.
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