DE19731670A1 - Verfahren zur Reinigung und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen Proben - Google Patents
Verfahren zur Reinigung und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen ProbenInfo
- Publication number
- DE19731670A1 DE19731670A1 DE19731670A DE19731670A DE19731670A1 DE 19731670 A1 DE19731670 A1 DE 19731670A1 DE 19731670 A DE19731670 A DE 19731670A DE 19731670 A DE19731670 A DE 19731670A DE 19731670 A1 DE19731670 A1 DE 19731670A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- dna
- nucleic acid
- copolymer
- subsequent
- analysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
- C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
- C12N15/1006—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers
- C12N15/101—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers by chromatography, e.g. electrophoresis, ion-exchange, reverse phase
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung
und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren (DNA, RNA) aus
biologischen Proben, wobei zur Reinigung der Nukleinsäure
Inhibitoren für die gegebenenfalls anschließende Nukleinsäure-,
insbesondere DNA-Nachweisreaktion abgetrennt werden.
Die Reinigung von Nukleinsäuren spielt eine zentrale Rolle in
der Molekularbiologie. Vor allem die DNA dient als
Ausgangsmaterial für genetische Analysen in der
labordiagnostischen Forschung und im routinemäßigen Einsatz.
Die Isolierung von Nukleinsäuren wie DNA und RNA aus
biologischen Proben, insbesondere aus Proben des menschlichen
Körpers, wie zum Beispiel Blut, Körpersekreten, Gewebeproben,
Urin, Stuhl u. dergl., zum nachfolgenden Einsatz in genetische
Analysen kommt eine besondere Bedeutung zu, insbesondere im
Hinblick auf ein Screening in der Tumordiagnostik sowie zur
Diagnose infektiöser Agentien wie Viren oder Bakterien.
So ist zum Beispiel die Analyse der DNA, die aus
abgeschilferten Darmepithelzellen von Stuhlproben stammt, von
besonderem Interesse zur Diagnostik kolorektaler Tumoren.
Von großem Interesse ist auch eine Isolierung der Nukleinsäure
aus dem Vollblut, um die isolierte Nukleinsäure einer
genetischen Analyse zugänglich zu machen.
Insbesondere soll die dabei anfallende DNA in hoher Reinheit
vorliegen und direkt den erforderlichen Folgereaktionen
unterworfen werden können.
Eine Nukleinsäure-Diagnostik unter Einsatz von DNA-
Amplifikationsansätzen, insbesondere der Polymerase-
Kettenreaktion (Polymerase Chain Reaction, im Folgenden PCR
abgekürzt) (s. Saiki, R., Gelfand, D. H., Stoffel, S., Scharf,
S.J., Higuchi, R., Horn, G.T., Mullis, K.B., Erlich, H.A.
(1988), Science 239: 487-491), eröffnet vielfältige Ansätze zu
einer spezifischen und zugleich sensitiven DNA-Diagnostik, z. B.
von Tumoren im Frühstadium, die nicht belastend und für ein
Screening gut geeignet sind. Aufgrund der insgesamt geringen
DNA-Menge, die aus einer definierten Stuhlinenge isoliert werden
kann, scheinen DNA-Amplifikationsansätze wie die PCR-Technik
eine geeignete Methode zur Vervielfältigung der
interessierenden DNA zu sein.
Hauptschwierigkeiten stellen jedoch Inhibitoren dar, die bei
der Anwendung gängiger Extraktionsmethoden gemeinsam mit der
DNA der biologischen Probe isoliert werden, und die die in den
DNA-Amplifikationsansätzen einzusetzenden Enzyme inhibieren. So
hat sich herausgestellt, daß die für die PCR erforderliche DNA-
Polymerase inhibiert wird. Insbesondere Stuhlproben und
Vollserum sind kritische biologische Ausgangsproben, da sie mit
relativ großen Mengen an Inhibitoren behaftet sind.
Die durch die Reinigung und Isolierung anfallende Nukleinsäure
(DNA, RNA) soll in hoher Reinheit vorliegen und direkt den
erforderlichen Folgereaktionen unterworfen werden können. Die
Inhibitoren müssen daher effizient und selektiv abgetrennt
werden.
Üblicherweise wird die DNA aus Zellen isoliert. Dabei werden
Zellen beispielsweise unter stark denaturierenden und
gegebenenfalls reduzierenden Bedingungen aufgeschlossen. Weit
verbreitet ist der Aufschluß der Zellen mit denaturierenden
Substanzen, z. B. Detergenzien, und die Verwendung von
bestimmten Enzymen zum Abbau von Proteinen und Nukleinsäuren.
So wird beispielsweise Natriumdodecylsulfat (SDS) als
denaturierendes Agens verwendet, Proteinase K zum Abbau von
Proteinen und RNase A zur Degradation von Ribonukleinsäuren
(RNA). Zur vollständigen Denaturierung von Proteinen wird die
DNA-haltige Lösung mit dem organischen Lösungsmittel Phenol
extrahiert. Durch die anschließende Ethanolpräzipitation
erfolgt die Konzentrierung der DNA und gleichzeitig die
Entfernung verbleibender Phenolreste aus der deproteinierten,
wäßrigen Lösung. (Maniatis, T., Fritsch, E. F. and Sambrook,
S. (1982), Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring
Harbor University Press, Cold Spring Harbor).
Die mit einem solchen Verfahren gewonnene DNA, z. B. aus
abgeschilferten Darmepithelzellen von Stuhlproben, eignet sich
nur begrenzt für den Einsatz in die sich anschließenden
Folgereaktionen, insbesondere enzymatische
Amplifikationsreaktionen, wie die PCR. So belegen jüngere
Daten, daß sich nur in 103 Fällen von insgesamt 230
extrahierten Stuhlproben (Effizienz von 44,7%) die DNA mittels
PCR amplifizieren läßt (Villa, E., Dugani, A., Rebecchi, A.M.,
Vignoli, A., Grottola, A., Buttafoco, P., Losi, L., Perini, M.,
Trande, P., Merighi, A., Lerose, R. and Manenti, F. (1996),
Gastroenterology: 110: 1346-1353).
Deuter et al. veröffentlichten 1995 eine Methode zur Isolierung
von DNA aus Stuhlproben, die das beschriebene Verfahren
zeitlich verkürzt und vereinfacht (Deuter, R., Pietsch, R.,
Hertel, S. and Müller, O. (1995), Nucl. Acids Res., 23: 3800-3801).
Die sich im Stuhl befindlichen abgeschilferten
Darmepithelzellen werden lysiert und mit einem Adsorbens
(Kartoffelmehl oder Kartoffelstärke oder Rinderserumalbumin)
enthaltenden Puffer extrahiert. Zum Abbau von Proteinen und
nukleinsäurespaltenden Enzymen wird die DNA-haltige Lösung mit
der Proteinase K inkubiert. Die zeitliche Verkürzung dieses
Verfahrens beruht darauf, daß die Phenolextraktion und
anschließende Ethanolfällung durch die Verwendung von
Zentrifugationssäulchen (QIAamp spin columns, QIAGEN GmbH)
ersetzt werden. Während die DNA reversibel an eine
Silikamembran in der Säule bindet, werden störende Verbindungen
durch die Verwendung eines geeigneten Waschpuffers infolge der
Wirkung von Zentrifugalkräften durch die Membran gepreßt und
somit abgereinigt. Durch Zugabe eines geeigneten Puffers wird
die gereinigte DNA infolge eines Zentrifugationsschrittes von
der Säule eluiert. Da sich jedoch Flüssigkeiten nicht
vollständig aus solchen Membranen entfernen lassen, hat man
immer mit einem Verlust der DNA-Ausbeute zu rechnen.
Die nach diesem Verfahren gewonnene DNA liegt nicht in
ausreichend guter Qualität (A260/A280 = 1,5) und Menge (2 µg
DNA/200 mg Stuhlprobe) vor. Folgereaktionen, insbesondere die
PCR, erfordern eine hohe und reproduzierbare Ausbeute der DNA-
Rohpräparate unter gleichzeitiger intensiver Abreinigung
störender Inhibitoren.
Die Amplifikation eines definierten Gens/Genabschnitts der nach
der von Deuter et al. beschriebenen Methode präparierten DNA
mittels einer einfachen PCR zeigt eine Effizienz von 16%. Auch
durch eine nachfolgende Phenolextraktion dieser DNA läßt sich
die Amplifikationseffizienz nur von 16 auf 40% erhöhen.
Lediglich die Anwendung einer verschachtelten ("nested") PCR,
die sich durch eine erhöhte Empfindlichkeit und Sensitivität,
bei gleichzeitiger Ausdünnung potentieller Inhibitoren,
auszeichnet (Newton, C.R. and Graham, A. (1994), PCR, Spektrum
Akademischer Verlag Heidelberg, Bundesrepublik Deutschland),
erzielt eine erhöhte Amplifikationsausbeute von 66%.
Es ist wünschenswert, die DNA in ausreichender Menge und in
reproduzierbar guter Qualität zu isolieren, so daß definierte
Gene/Genabschnitte in einer einfachen, d. h. nicht
verschachtelten, PCR vervielfältigt werden können. Die
Durchführung einer verschachtelten PCR zeigt sich für bestimmte
Anwendungen (z. B. routinemäße Untersuchungen im diagnostischen
Labor) nachteilig, da hier die Rate der falsch Positiven durch
Produktkontaminationen erhöht ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit in der
Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Isolierung von
Nukleinsäuren (DNA, aber auch RNA) aus ungereinigten
biologischen Proben wie Vollblut oder Stuhlproben; dabei soll
die Nukleinsäure in ausreichender Menge vorliegen und nicht mit
Inhibitoren verunreinigt sein, so daß sie direkt den
erforderlichen Folgereaktionen unterworfen werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Isolierung
und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen
Proben, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, daß die
Nukleinsäure-haltige Probe zur Abtrennung von Inhibitoren für
die gegebenenfalls anschließende Nukleinsäure-Analysereaktion
mit einem mit quartären Ammoniumgruppen modifizierten
Copolymeren aus Vinyl- und Divinyl-Honomeren umgesetzt wird.
Als Nukleinsäurearten kommen sowohl DNA als auch RNA in Frage.
Aufgrund der größeren Bedeutung, vor allem aber weil
Nukleinsäure-Amplifikationsreaktionen in der Regel auf DNA-
Proben aufgebaut sind (vgl. die PCR), wird die Erfindung im
Folgenden stellvertretend zur Isolierung von DNA beschrieben.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist somit die
Verwendung eines mit quartären Ammoniumgruppen modifizierten
Copolymeren aus Vinyl- und Divinyl-Monomeren, das die selektive
Abreinigung der Inhibitoren ermöglicht, zur Reinigung und
Isolierung der DNA. Das spezielle Copolymer dient dabei als
Anionenaustauscher-Harz, welches überraschenderweise die
stofflich bisher nicht charakterisierten Inhibitoren stark
bindet, während die DNA wesentlich schwächer gebunden wird und
somit eine effiziente Trennung von Inhibitoren und DNA erzielt
wird. Die das Copolymere aufbauenden Vinyl- und Divinyl-
Monomeren schließen auch substituierte Vinyl- und Divinyl-
Monomere ein.
Des weiteren können die aus dem Copolymeren gebildeten Harze
weitere Additive enthalten.
Als Copolymer ist ein Copolymer aus aromatischen Vinyl- und
Divinyl-Monomeren, beispielsweise Vinylbenzol und
Divinylbenzol, besonders gut geeignet, wobei das Copolymer auf
an sich bekannte Weise durch quartäre Ammoniumgruppen
modifiziert ist. Zur Ladungsabsättigung enthält das Copolymere
zudem geeignete Salzpartner, wie zum Beispiel Chlorid.
Ausgezeichnete Resultate hat der Einsatz von Colestyramin
geliefert. Colestyramin ist der internationale Freiname für das
Plasma-Cholesterinspiegel senkende Copolymere von Styrol
(Vinylbenzol) und etwa 2% Divinylbenzol mit in die
Netzstruktur eingefügten quartären Ammoniumgruppen. Das
Colestyramin-Granulat ist auch bekannt als ein stark
hydrophiles, wasserlösliches, basisches Anionenaustauscherharz
zur Bindung von Gallensäuren bei Gallensäurenverlustsyndromen
und zur Behandlung von Hypercholesterinämie. Der Lipidsenker
Colestyramin wird von der Firma STADApharm vertrieben.
Es hat sich gezeigt, daß bereits ein einmaliges Umsetzen des
erfindungsgemäß eingesetzten Anionenaustauscher-Harzes eine
ausreichende selektive Abreinigung der Inhibitoren ermöglichte.
Die eingesetzte Menge des speziellen Copolymeren beträgt
vorzugsweise 10 Gew.-% und weniger, bezogen auf das
Gesamtgewicht der behandelten Probe. Oberhalb dieser Menge
besteht die Tendenz, daß nicht nur die Inhibitoren, sondern
auch die gewünschte DNA in zunehmendem Maße an das Harz
gebunden wird.
Ein weiteres, überraschendes Ergebnis ergab sich aus einem
Vergleich zu anderen, basischen Anionenaustauscher-Harzen, wie
einem FPLC-MonoQ™-System, einem Diethylaminoethyl-Harz (DEAE-
Sephacell™; DE-52) oder dem Qiagen™-Silikamembranaustauscher:
Obwohl es sich um das gleiche Prinzip eines Anionenaustausches
handelt, bindet das ammoniumhaltige Copolymere aus Vinyl- und
Divinyl-Monomeren die Inhibitoren aus dem biologischen
Ausgangsmaterial selektiver und effektiver, so daß die
nachfolgenden Nukleinsäure-Analysereaktionen bereits bei
Anwendung einer einfachen PCR sehr hohe Amplifikationsraten
erbringen. Wesentlich bessere Resultate ergeben sich bereits
beim Einsatz einer geringeren Menge an Anionenaustauscher-Harz,
und ferner sind eine geringere Anzahl an Extraktionsschritten
erforderlich; in der Regel reicht ein Inkubationsschritt aus.
Die mit der Erfindung erzielbare, selektive Abtrennung der
Inhibitoren wird auch bei ungereinigten Ausgangsproben
erreicht.
So hat sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders
wirksam erwiesen bei bisher sehr problematischen
Ausgangsproben, z. B. bei Vollblut, das mit Citrat und EDTA oder
der PCR inhibierenden Substanz Heparin behandelt wurde, sowie
bei Stuhlproben, die aus der Lyse von im Stuhl abgeschilferten
Darmepithelzellen stammen und einen hohen Anteil an nicht
bekannten Inhibitoren aufweisen.
Bei biologischen Ausgangsproben, bei denen die zu isolierende
Nukleinsäure intrazellulär vorliegt, wie beispielsweise
abgeschilferte Darmepithelzellen enthaltende Stuhlproben, sind
die Zellen zunächst zu lysieren, um das intrazelluläre Material
aufzuschließen.
Die Lyse bzw. der Aufschluß der Zellen kann durch eine
gleichzeitige physikalische und chemische Einwirkung auf die
körperzellenhaltige Probe erzielt werden. Das Probenmaterial
kann vor der Lyse in tiefgefrorenem Zustand (-80°C) vorliegen.
Im Lysepuffer ist geeigneterweise ein denaturierendes Agens,
z. B. Natriumdodecylsulfat (SDS) oder andere Detergentien
enthalten, welches den chemischen Aufschluß der Zellen bewirkt,
während das Verrühren der Suspension, beispielsweise mit einem
automatischen, mechanischen Rührsystem, den mechanischen
Aufschluß begünstigt. Bei Stuhlproben hat sich gezeigt, daß bei
sehr fester Konsistenz ein kräftiges Durchmischen der Probe mit
einem Reagenzglasschüttler die Folgeanwendungen erleichtert.
Durch einen Zentrifugationsschritt können Zelltrümmer,
unverdaute Nahrungsmittelreste oder andere Makroreste entfernt
werden.
Anschließend an die Lyse erfolgt die Behandlung des
Nukleinsäure-haltigen Zellysats mit dem erfindungsgemäß
eingesetzten, speziellen Anionenaustauscher-Harz. Es empfiehlt
sich, das Harz in einem geeigneten Puffer, beispielsweise dem
Lysepuffer, vorzuquellen, um Verluste des Volumens der
wäßrigen Nukleinsäure-Lösung zu vermeiden.
Es hat sich gezeigt, daß eine wäßrige, bis 10 gewichts-%ige,
insbesondere 5 bis 10 gewichts-%ige Harzsuspension des
Copolymeren die Inhibitoren in ausreichender Menge bindet und
gleichzeitig die Konzentration der in der wäßrigen Lösung
vorliegenden DNA nicht oder nur unwesentlich herabsetzt.
Geeigneterweise steht dabei die eingesetzten Menge an
Copolymer-Harz zu der Häufigkeit der Umsetzung in einem
umgekehrten Verhältnis. Das heißt, bei einem relativ hohen
Gehalt, insbesondere bei 7,5 bis 10 Gew.-% Harzsuspension in
wäßrigem Medium, ist eine einmalige Umsetzung vorzuziehen,
während im mittleren Gehaltsbereich, etwa von 2,5 bis 7,5 Gew.-%
und insbesondere um 5 Gew.-% (±1 Gew.-%), eine zwei- oder
mehrmalige Umsetzung bessere Resultate liefert. Das
vorzugsweise zu wählende Verhältnis von Harzgehalt zu
Häufigkeit der Umsetzung hängt aber auch von dem jeweils zu
untersuchenden Probenmaterial ab. So ist bei Stuhlproben ein
einmaliges Umsetzen mit 10 Gew.-% oder ein zweimaliges Umsetzen
mit jeweils 5 Gew.-% Copolymer-Harz gut geeignet. Bei Vollblut
sind Gehaltsbereiche unter 5 Gew.-% vorzuziehen, wobei ein
zweimaliges Umsetzen mit jeweils 2,5 Gew.-% Copolymer-Harz
besonders gut geeignet ist.
Beim Umsetzen wird am einfachsten die Nukleinsäure-haltige
(ggf. nicht vorgereinigte) Probe mit der Harz-Suspension
versetzt, sehr gut gemischt, und dann wieder vom Copolymeren-
Harz abgetrennt. Letzteres kann bequem durch ein
Abzentrifugieren des Harzgranulats erfolgen.
Es hat sich herausgestellt, daß eine zu häufige Wiederholung
der Extraktion, insbesondere bei hohem Mengeneinsatz von über
10 Gew.-%, zu einer nachteiligen Reduzierung der Nukleinsäure-
Menge führt. Die Ursache hierfür bleibt ungeklärt. Es wird
vermutet, daß das spezielle Copolymere zunächst die Inhibitoren
bindet und dadurch abgesättigt wird. Fehlen jedoch die
Inhibitoren in der wäßrigen Lösung, kann das spezielle
Copolymere aufgrund seiner Ladungseigenschaften verstärkt die
Nukleinsäure binden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine ausreichende
Abreinigung von Inhibitoren für gegebenenfalls anschließende
Nukleinsäure-Nachweisreaktionen unter gleichzeitigem Erhalt
einer genügend hohen Nukleinsäure (DNA)-Konzentration
sichergestellt.
Anschließend an die Inhibitorabreinigung kann die DNA weiter
isoliert werden. Vorteilhaft ist es, hierfür zunächst
unspezifisch wirkende Proteinasen wie die Proteinase K
einzusetzen, um Proteine und Nukleinsäure-spaltende Enzyme
abzubauen. Danach erhält man eine viskose, gallertartige
Flüssigkeit. Daraus wird die DNA vorzugsweise mittels
Phenolextraktion und anschließender Ethanolpräzipitation aus
der wäßrigen Phase isoliert. Alternativ läßt sich die DNA
durch die Verwendung eines Detergens, beispielsweise eines
chaotropen, Guanidin-haltigen Detergens (wie DNAzol™ von Gibco
BRL), mit anschließender Ethanolfällung aus der wäßrigen Phase
isolieren. Dazu wird die DNA-haltige, mit Proteinase K verdaute
Lösung mit dem Detergens und Ethanol versetzt und sofort durch
einen Zentrifugationsschritt pelletiert. Da weder organische
Lösungsmittel (Phenol, Chloroform) eingesetzt werden, noch
mehrere Zentrifugationsschritte zur Extraktion nötig sind, ist
dieses Verfahren sehr anwenderfreundlich und zeitersparend. Die
Verwendung von organischen Lösungsmitteln wie Phenol oder
chaotropen Detergentien zur Isolierung von DNA kann alternativ
durch den Gebrauch von für diesen Zweck bekannten
Zentrifugationssäulchen ersetzt werden, beispielsweise durch
QIAamp-spin columns™ von Qiagen™. Hierbei eignet sich zur
Zellyse sowohl ein Proteinase K-Verdau, sowie die Verwendung
von kommerziell erhältlichen Lysepuffern (z. B. AVL-Puffer des
QIAamp Viral RNA Kits™ von Qiagen, Hepatitis C Virus-
Lysereagenz des Amplicor HCV Kits™ der Hoffmann-La Roche AG).
Bei der Verwendung der käuflichen Lysepuffer erfolgt die
Behandlung der Proben analog dem jeweiligen Protokoll der
Hersteller.
An die Reinigung bzw. Isolierung der DNA bzw. RNA können sich
dann - je nach Wunsch - Folgereaktionen anschließen. Die
hierfür erforderliche Qualität der Nukleinsäureprobe wird durch
das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung gestellt. Die
erfindungsgemäße Verfahrensweise gewährleistet eine Präparation
der Nukleinsäure mit hoher Ausbeute (beispielsweise 10-15 µg
DNA pro 200 mg Stuhlprobe) und Reinheit (A260/280 = 1,7) unter
Abreinigung von Inhibitoren enzymatischer Reaktionen und
erlaubt es, eine qualitativ reproduzierbare Analytik
durchzuführen, insbesondere in Kombination mit enzymatischen
Verfahren zur Amplifikation von DNA.
Es hat sich herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren
in besonders günstiger Weise mit einer PCR-Amplifikation
kombiniert werden kann, wobei bereits eine einfache PCR in 87%
aller untersuchten Stuhlproben zum Erfolg führte.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren gereinigte
bzw. isolierte DNA wird vorzugsweise einer PCR unterworfen, die
in Gegenwart eines Trägerproteins, wie Rinderserumalbumin
(BSA), ausgeführt wird. Die Trägerproteinkonzentration wird
dabei hoch gewählt, vorzugsweise mehr als 50 µg/ml. Sehr gute
Amplifikationsraten haben sich bei Trägerprotein
Konzentrationen im Bereich von 120-200 µg/ml ergeben.
Weiterhin wirken sich relativ hohe Konzentrationen an für die
PCR erforderlichen Nukleotiden (Desoxyribonukleosid-
Triphosphate), Primer und DNA-Polymerasen wie der Tag-DNA-
Polymerase vorteilhaft aus. Die Nukleotidkonzentrationen liegen
vorzugsweise im Bereich von 150-225 µM. Gleichzeitig liegt die
Primerkonzentration im Bereich von 0,75 bis 1,25 µM. Der Gehalt
an DNA-Polymerase liegt geeigneterweise im Bereich von 2,5 bis
3 Units pro 50 µl-Ansatz.
Die Amplifikation erfolgt hinsichtlich der beabsichtigten
routinemäßigen Anwendung im diagnostischen Labor vorzugsweise
durch eine einfache PCR, in der 30-35 Temperaturzyklen
durchlaufen werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher
erläutert.
200 mg Stuhlmaterial wird für die Dauer von mindestens einer
Stunde bei -80°C tiefgefroren, anschließend mit 600 µl
Lysepuffer (500 mM Tris, 75 mM EDTA, 10 mM NaCl, 1% SDS, pH
9,0) versetzt und homogenisiert. Die lysierte Probe wird 10
min. bei 4°C und 6000 × g in einer Eppendorf-Tischzentrifuge
zentrifugiert, um grobe Stuhlpartikel, Zelltrümmer, Bakterien
und Nahrungsmittelreste abzutrennen. Der Überstand wird ein
zweites Mal bei 4°C, 20 000 × g 10 min. zentrifugiert. Der DNA-hal
tige Überstand wird mit dem gleichen Volumen einer
Colestyramin-Lösung (5% Colestyramin in Lysepuffer) versetzt,
gut durchmischt, 2 min. bei Raumtemperatur inkubiert und wie
oben beschrieben bei 20 000 × g zentrifugiert. Nach einer
Wiederholung dieses Extraktionsschrittes wird der klare
Überstand mit der Proteinase K (Endkonzentration 100 µg/ml) 2
Stunden bei 56°C inkubiert. Die verdaute Probe wird mit dem
gleichen Volumen einer Phenol-Chloroform-Isoamylalkohol-Lösung
(25 : 24 : 1) versetzt, gut durchmischt und 5 min. bei
Raumtemperatur und 20 000 × g abzentrifugiert. Die wäßrige,
obere Phase wird ein weiteres Mal mit dem gleichen Volumen
einer Chloroform-Isoamylalkohol-Lösung (24 : 1) versetzt und wie
oben beschrieben zentrifugiert. Aus der wäßrigen, oberen Phase
kann die DNA durch eine Ethanolpräzipitation, durch Zugabe von
1/10-Volumen 3 M Natriumacetat, pH 5,2 und 2,5-fachem Volumen
100%igem Ethanol, pelletiert werden. Das in 75%igem Ethanol
gewaschene und bei Raumtemperatur getrocknete DNA-Pellet wird
in 100 µl destilliertem Wasser gelöst. Die DNA-Ausbeute beträgt
10-15 µg pro 200 mg Stuhlprobe mit einem A260/280-Verhältnis
von 1,7. 5 µl dieser DNA-Lösung werden zur Amplifikation
definierter Gene/Genabschnitte in einem 50 µl-PCR-Ansatz
eingesetzt. Das Amplifikationsgemisch setzt sich wie folgt
zusammen:
10 mM Tris-HCl, pH 8,3
50 mM KCl
2,0 mM MgCl2
200 µM jedes dNTP
160 µg/ml Rinderserumalbumin (BSA)
1 µM jeder Primer
2,5 U Tag-DNA-Polymerase pro 50 µl-Ansatz
10 mM Tris-HCl, pH 8,3
50 mM KCl
2,0 mM MgCl2
200 µM jedes dNTP
160 µg/ml Rinderserumalbumin (BSA)
1 µM jeder Primer
2,5 U Tag-DNA-Polymerase pro 50 µl-Ansatz
500 µl Citrat-, Heparin- oder EDTA-Blut oder tiefgefrorenes und
wieder aufgetautes Blut werden mit 500 µl Lysepuffer (500 mM
Tris, 75 mM EDTA, 10 mM NaCl, 1% SDS, pH 9,0) versetzt und gut
durchmischt. Die DNA-haltige Lösung wird mit dem gleichen
Volumen einer Colestyramin-Lösung (2,5% Colestyramin in
Lysepuffer) versetzt, gut durchmischt, 2 min. bei
Raumtemperatur inkubiert und wie oben beschrieben bei 20 000 × g
zentrifugiert. Nach einer Wiederholung dieses
Extraktionsschrittes wird der klare Überstand mit der
Proteinase K (Endkonzentration 100 µg/ml) 2 Stunden bei 56°C
inkubiert. Die verdaute Probe wird mit dem gleichen Volumen
Phenol versetzt, gut durchmischt und 5 min. bei Raumtemperatur
und 20 000 × g abzentrifugiert. Die wäßrige, obere Phase wird
ein weiteres Mal mit dem gleichen Volumen einer Chloroform-
Isoamylalkohol-Lösung (24 : 1) versetzt und wie oben beschrieben
zentrifugiert. Nach effizienter Lyse aller eukaryontischen
und/oder prokaryontischen Zellen und/oder Viren (gleichzeitige
Inaktivierung infektiöser Pathogene) und durch Denaturierung
und enzymatischen Abbau von Proteinen (gleichzeitige Entfernung
der an die Nukleinsäure gebundenen Proteine) kann die DNA aus
der wäßrigen, oberen Phase durch eine Ethanolpräzipitation,
durch Zugabe von 1/10-Volumen 3 M Natriumacetat, pH 5,2 und
2,5-fachem Volumen 100%igem Ethanol, pelletiert werden. Das in
75%igem Ethanol gewaschene und bei Raumtemperatur getrocknete
DNA-Pellet wird in 30 µl destilliertem Wasser gelöst. Die DNA-
Ausbeute beträgt 5-10 µg pro 500 µl Vollblut mit einem
A260/280-Verhältnis von 1,7. 5 µ1 dieser DNA-Lösung werden zur
Amplifikation definierter Gene/Genabschnitte in einem 50 µl-
PCR-Ansatz eingesetzt. Das Amplifikationsgemisch setzt sich wie
folgt zusammen:
10 mM Tris-HCl, pH 8,3
50 mM KCl
2,0 mM MgCl2
200 µM jedes dNTP
160 µg/ml Rinderserumalbumin (BSA)
1 µM jeder Primer
2,5 U Taq-DNA-Polymerase pro 50 µl-Ansatz
10 mM Tris-HCl, pH 8,3
50 mM KCl
2,0 mM MgCl2
200 µM jedes dNTP
160 µg/ml Rinderserumalbumin (BSA)
1 µM jeder Primer
2,5 U Taq-DNA-Polymerase pro 50 µl-Ansatz
Claims (10)
1. Verfahren zur Reinigung, gegebenenfalls auch Analyse, von
Nukleinsäuren aus biologischen Proben, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren den Schritt umfaßt, daß die Nukleinsäure
haltige Probe zur Abtrennung von Inhibitoren für die
gegebenenfalls anschließende Nukleinsäure-Analysereaktion mit
einem mit quartären Ammoniumgruppen modifizierten Copolymeren
aus Vinyl- und Divinyl-Monomeren umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der Umsetzung der Gehalt des Copolymeren in einer Copolymer
Suspension 10 Gew.-% nicht übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Copolymer aus aromatischen Vinyl- und DiVinyl-Monomeren
gebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
aromatischen Vinyl- und Divinyl-Monomeren Vinylbenzol und
Divinylbenzol sind.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als Copolymer Colestyramin verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure nach der Umsetzung mit dem
Copolymeren durch Phenolextraktion mit anschließender
Alkoholpräzipitation isoliert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die isolierte Nukleinsäure zur
nachfolgenden Analyse einer Polymerase-Kettenreaktion
unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Polymerase-Kettenreaktion in Gegenwart von Trägerprotein
erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trägerprotein-Konzentration mehr als 50 µg/ml beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Polymerase-Kettenreaktion folgende Konzentrationen
eingesetzt werden:
Trägerproteinkonzentration: 120-200 µg/ml,
Konzentration jedes Desoxyribonukleosid-Triphosphats: 175-225 µM, und
Konzentration jedes Primers: 0,75-1,25 µM.
Trägerproteinkonzentration: 120-200 µg/ml,
Konzentration jedes Desoxyribonukleosid-Triphosphats: 175-225 µM, und
Konzentration jedes Primers: 0,75-1,25 µM.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19731670A DE19731670C2 (de) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | Verfahren zur Reinigung und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen Proben |
PCT/EP1997/005129 WO1998012351A1 (de) | 1996-09-19 | 1997-09-18 | Verfahren zur reinigung und gegebenenfalls analyse von nukleinsäuren aus biologischen proben |
AU47754/97A AU4775497A (en) | 1996-09-19 | 1997-09-18 | Method for purifying and eventually analyzing nucleic acids from biological test samples |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19731670A DE19731670C2 (de) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | Verfahren zur Reinigung und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen Proben |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19731670A1 true DE19731670A1 (de) | 1999-01-28 |
DE19731670C2 DE19731670C2 (de) | 2000-06-29 |
Family
ID=7836656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19731670A Expired - Fee Related DE19731670C2 (de) | 1996-09-19 | 1997-07-23 | Verfahren zur Reinigung und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen Proben |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19731670C2 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19856064A1 (de) * | 1998-12-04 | 2000-06-29 | Invitek Gmbh | Universelles Verfahren zur Isolierung von DNA aus beliebigen Ausgangsmaterialien |
EP1461155A2 (de) * | 2001-12-20 | 2004-09-29 | 3M Innovative Properties Company | Verfahren und vorrichtungen zur entfernung von organischen molekühlen aus biologischen gemischen unter verwendung von anionenaustausch |
US7347976B2 (en) | 2001-12-20 | 2008-03-25 | 3M Innovative Properties Company | Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using a hydrophilic solid support in a hydrophobic matrix |
US7939249B2 (en) | 2003-12-24 | 2011-05-10 | 3M Innovative Properties Company | Methods for nucleic acid isolation and kits using a microfluidic device and concentration step |
US7981600B2 (en) | 2003-04-17 | 2011-07-19 | 3M Innovative Properties Company | Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using an anion exchange material that includes a polyoxyalkylene |
WO2022077128A1 (es) | 2020-10-12 | 2022-04-21 | Taag Genetics Corp | Dispositivo para extracción y purificación de ácidos nucleicos |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050130177A1 (en) | 2003-12-12 | 2005-06-16 | 3M Innovative Properties Company | Variable valve apparatus and methods |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4139664A1 (de) * | 1991-12-02 | 1993-06-03 | Diagen Inst Molekularbio | Vorrichtung und verfahren zur isolierung und reinigung von nukleinsaeuren |
DE19638362C1 (de) * | 1996-09-19 | 1998-02-12 | Roth W Kurt Priv Doz Dr Med | Verfahren zur Reinigung von Nukleinsäuren oder zur Isolierung von Nukleinsäuren aus körperzellenhaltigen Proben unter gleichzeitiger Abreinigung von PCR-Inhibitoren |
-
1997
- 1997-07-23 DE DE19731670A patent/DE19731670C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4139664A1 (de) * | 1991-12-02 | 1993-06-03 | Diagen Inst Molekularbio | Vorrichtung und verfahren zur isolierung und reinigung von nukleinsaeuren |
DE19638362C1 (de) * | 1996-09-19 | 1998-02-12 | Roth W Kurt Priv Doz Dr Med | Verfahren zur Reinigung von Nukleinsäuren oder zur Isolierung von Nukleinsäuren aus körperzellenhaltigen Proben unter gleichzeitiger Abreinigung von PCR-Inhibitoren |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Pharmazeutische Stoffliste S.242-S.243, Colesty- ramin * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19856064A1 (de) * | 1998-12-04 | 2000-06-29 | Invitek Gmbh | Universelles Verfahren zur Isolierung von DNA aus beliebigen Ausgangsmaterialien |
DE19856064C2 (de) * | 1998-12-04 | 2000-11-30 | Invitek Gmbh | Universelles Verfahren zur Isolierung von DNA aus beliebigen Ausgangsmaterialien |
EP1461155A2 (de) * | 2001-12-20 | 2004-09-29 | 3M Innovative Properties Company | Verfahren und vorrichtungen zur entfernung von organischen molekühlen aus biologischen gemischen unter verwendung von anionenaustausch |
EP1461155A4 (de) * | 2001-12-20 | 2006-10-04 | 3M Innovative Properties Co | Verfahren und vorrichtungen zur entfernung von organischen molekühlen aus biologischen gemischen unter verwendung von anionenaustausch |
US7192560B2 (en) | 2001-12-20 | 2007-03-20 | 3M Innovative Properties Company | Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using anion exchange |
US7347976B2 (en) | 2001-12-20 | 2008-03-25 | 3M Innovative Properties Company | Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using a hydrophilic solid support in a hydrophobic matrix |
US7871827B2 (en) | 2001-12-20 | 2011-01-18 | 3M Innovative Properties Company | Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using anion exchange |
US7981600B2 (en) | 2003-04-17 | 2011-07-19 | 3M Innovative Properties Company | Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using an anion exchange material that includes a polyoxyalkylene |
US7939249B2 (en) | 2003-12-24 | 2011-05-10 | 3M Innovative Properties Company | Methods for nucleic acid isolation and kits using a microfluidic device and concentration step |
WO2022077128A1 (es) | 2020-10-12 | 2022-04-21 | Taag Genetics Corp | Dispositivo para extracción y purificación de ácidos nucleicos |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19731670C2 (de) | 2000-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69432540T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Nucleinsäuren aus einer biologischen Probe bei niedrigem pH und unter Verwendung einer Säureprotease | |
DE69802191T3 (de) | Festphasen-Nukleinsäure-Isolierung | |
EP1851313B1 (de) | Verfahren zur isolierung von nukleinsäuren, wobei die nukleinsäuren bei erhöhter temperatur an einer matrix immobilisiert werden | |
DE69734263T2 (de) | Verfahren zur Isolierung von Ribonucleinsäuren. | |
DE3486467T3 (de) | Verfahren zum Nachweis, Identifizieren und Quantifizieren von Organismen und Viren | |
DE19530132C2 (de) | Verfahren zur Reinigung, Stabilisierung oder Isolierung von Nukleinsäuren aus biologischen Materialien | |
DE69730974T2 (de) | Verfahren zur isolierung von nukleinsäuren unter anwendung von alkaliner phosphatase | |
DE19856064C2 (de) | Universelles Verfahren zur Isolierung von DNA aus beliebigen Ausgangsmaterialien | |
DE19900638C2 (de) | Methode zur Isolierung von DNA aus biologischen Materialien | |
EP0765335B1 (de) | Universelles verfahren zur isolierung und reinigung von nukleinsäuren aus extrem geringen mengen sowie sehr stark verunreinigten unterschiedlichsten ausgangsmaterialien | |
DE602004009022T2 (de) | Verfahren und Reagentien zur Extraktion von RNA und Verfahren zur Analyse von biologischem Material | |
EP2501811A1 (de) | Verfahren zur selektiven anreicherung und isolierung mikrobieller und optional zusätzlich viraler nukleinsäuren | |
DE3639949A1 (de) | Verfahren zur trennung von langkettigen nukleinsaeuren | |
DE69423131T2 (de) | Verfahren zur Behandlung von Mycobakterien enthaltenden Auswürfen | |
DE4321904A1 (de) | Verfahren zur chromatographischen Reinigung und Trennung von Nucleinsäuregemischen | |
EP2446054B1 (de) | Verfahren zur amplifikation von dna unter verwendung von tetraethylenglykol | |
EP2655616A1 (de) | Extraktion von nukleinsäuren | |
WO2010072822A2 (de) | Präparation und amplifikation von nukleinsäuren mittels magnetischer partikel | |
DE19731670C2 (de) | Verfahren zur Reinigung und gegebenenfalls Analyse von Nukleinsäuren aus biologischen Proben | |
EP2010672B1 (de) | Formulierungen und verfahren zur isolierung von nukleinsäuren aus beliebigen komplexen ausgangsmaterialien und nachfolgende komplexe genanalytik | |
WO1998012351A1 (de) | Verfahren zur reinigung und gegebenenfalls analyse von nukleinsäuren aus biologischen proben | |
DE69632904T2 (de) | Kopräzipitat und methode zur extraktion von nukleinsäuren | |
DE19638362C1 (de) | Verfahren zur Reinigung von Nukleinsäuren oder zur Isolierung von Nukleinsäuren aus körperzellenhaltigen Proben unter gleichzeitiger Abreinigung von PCR-Inhibitoren | |
DE10033991A1 (de) | Verfahren zur Isolierung von Nukleinsäuren | |
EP1037973A2 (de) | Verfahren zur isolierung von kurz- und langkettigen nukleinsäuren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |