DE3513899A1 - Verfahren zur elektroelution elektrisch geladener makromolekuele - Google Patents

Verfahren zur elektroelution elektrisch geladener makromolekuele

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DE3513899A1 DE19853513899 DE3513899A DE3513899A1 DE 3513899 A1 DE3513899 A1 DE 3513899A1 DE 19853513899 DE19853513899 DE 19853513899 DE 3513899 A DE3513899 A DE 3513899A DE 3513899 A1 DE3513899 A1 DE 3513899A1
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Andreas Dr. 7800 Freiburg Clad
Nils Dr. 3352 Einbeck Hese
Manfred 3350 Kreiensen Weisweiler
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General Electric Deutschland Holding GmbH
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Schleicher and Schuell GmbH
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Description

  • Verfahren zur Elektroelution elektrisch geladener
  • Makromoleküle Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art nach dem deutschen Patent DBP 33 37 668.
  • Das deutsche Patent 33 37 668 beschreibt ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, bei dem bei Einsatz von asymmetrischen Membranen diese so angeordnet werden, daß die glatten dichten aktiven Oberflächen dieser asymmetrischen Membranen jeweils dem Innenraum der Falle zugekehrt sind. Für die beiden außenliegenden Membranen des Elutionsgerätes, also für die Membranen in den Positionen M1 und M4 der hier beigefügten Zeichnung, bedeutet dies, daß die aktiven Oberflächen dieser beiden außenliegenden asymmetrischen Membranen einander zugekehrt sind.
  • Mit diesem Verfahren wird eine qualitativ einwandfreie Elution elektrisch geladener Makromoleküle, speziell von RNA und DNA, aus dem vorgelegten Elektrophoresegel und eine einwandfreie Aufkonzentrierung dieser elektrisch geladenen Makromoleküle in der Falle erreicht. Bei länger dauernden Elutionsvorgängen, speziell bei dem Versuch, die Elution in einem Arbeitsgang quantitativ durchzuführen, stellt sich als unangenehmer Nebeneffekt jedoch ein relativ starkes Ansteigen des Pufferspiegels sowohl in der Elutionskammer zwischen den beiden außenliegenden Fallen als auch in diesen beiden Fallenkammern selbst ein.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Elution auch über einen längeren Zeitraum, insbesondere bis zum quantitativen Endpunkt, durchgeführt werden kann, ohne daß störende Pufferspiegelveränderungen eintreten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren, das durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale erfindungswesentlich gekennzeichnet ist.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können Veränderungen des Pufferspiegels insbesondere dann vollständig ausgeschaltet werden, wenn die asymmetrischen Membranen in den Außenpositionen in der Weise gleichsinnig angeordnet werden, daß ihre glatten dichten aktiven Oberflächen gleichsinnig zum Pluspol des zur Elution angelegten äußeren elektrischen Feldes weisen, wenn also die rauhe Oberfläche, also die Oberfläche der Stützstruktur oder Schwammstruktur der asymmetrischen Membran in der Position M4 dem Inneren des Elutionsgerätes, genauer gesagt dem Inneren der Fallenkammer, zugekehrt iSt. Überraschend bei dieser Membrananordnung ist dabei, daß die Wirkung der Unterdrückung der Pufferspiegelveränderung durch eine solche Membrananordnung erhalten werden kann, ohne daß sich dabei die Transporteigenschaften der Membran in Position M4 für Wasser und kleine negativ geladene Pufferionen und andere kleine Ionen sowie das Rückhaltevermögen für die negativ geladenen Makromoleküle, also insbesondere für RNA- und DNA-Moleküle, nicht ändern. Der Einsatz solcher oder ähnlicher asymmetrischer Membranen zur Durchführung der Umkehrosmose lehrt nämlich, daß bei Verwendung der Membran in der Weise, daß deren rauhe Oberfläche dem Zulauf und deren aktive Oberfläche dem Permeatraum zugekehrt ist, die Membran in aller Regel durch Strukturzusammenbruch unbrauchbar wird, zumindest jedoch zu einer signifikanten Verminderung der Rückhalteleistung führt. Daß gerade eine solche Verminderung der Rückhalteleistung bei Verwendung der asymmetrischen Membran in Position M4 bei der Elektroelution elektrisch geladener Makromoleküle im Rahmen des vorliegenden Verfahrens nicht auftritt, ist zumindest ebenso überraschend wie die Tatsache, daß durch die gleichsinnige Ausrichtung der aktiven Membranoberflächen die Pufferspiegelveränderung unterbunden werden kann.
  • Der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzielbare wesentliche technische Fortschritt liegt darin, daß die Elektroelution aus einer Elutionskammer heraus in eine Fallenkammer hinein theoretisch beliebig lange ohne jeden Nachteil durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht praktisch 100 %-ige Elutionsausbeuten in einem einzigen Arbeitsgang. Dabei ist es jedoch zur sinnvollen praktischen Ausnutzung dieses Verfahrensvorteils wünschenswert und für eine Reihe mikrobiologischer Anwendungen sicher auch erforderlich, den quantitativen Endpunkt der Elution verlustlos und problemlos bestimmen zu können.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zur Lösung dieser Aufgabe die zu eluierenden Makromoleküle vorzugsweise radioaktiv markiert und wird dann die Trennung einfach so lange durchgeführt, bis in der Elutionskammer praktisch keine radioaktive Strahlung mehr gemessen werden kann, bis also praktisch keine radioaktiv markierten Makromoleküle mehr in der Elutionskammer vorliegen.
  • Zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß der Ausgestaltung der Erfindung wird dabei vorzugsweise so vorgegangen, daß nach kurzzeitigem Abschalten des elektrischen Feldes der Inhalt der Elutionskammer in einen Szintillationszähler überführt und dort auf verbliebene Makromoleküle vermessen wird. Wenn keine Restaktivität mehr nachweisbar ist, die Anzahl der im Elutionskammerfluid verbliebenen radioaktiv markierten Makromoleküle also so klein ist, daß ihre Aktivität unterhalb der Nachweisgrenze des verwendeten Szintillationszählers liegt, wird dies als quantitativer Endpunkt der Elution angesehen. Ist bei der Quantitätsprüfung der Endpunkt der Elution noch nicht erreicht, so wird das ausgemessene Elutionskammerfluid aus dem Szintillationszähler wieder in die Elutionskammer zurückgeführt. Anschließend wird das elektrische Feld erneut eingeschaltet und die Elution so lange fortgesetzt, bis der Endpunkt der Elution erreicht ist. Dabei wird diese Arbeitsweise nur dadurch ermöglicht, daß sämtliche Membranen des Elutionsgerätes, also die Membranen in den Positionen M1, M2, M3 und M4 in dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Elutionsgerätes, sowohl für Wassermoleküle als auch für Puffermoleküle und damit erst recht für die bereits in den Fallen befindlichen Makromoleküle, absolut undurchlässig werden bzw. sind.
  • Bei entsprechender experimenteller bzw. verfahrenstechnischer Ausgestaltung kann der zeitliche Radioaktivitätsverlauf in der Elutionskammer selbstverständlich auch direkt in der Elutionskammer gemessen werden.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich die Fig. 1 im schematischen Axialschnitt ein Ausführungsbeispiel für ein Elutionsgerät zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
  • In der Fig. 1 ist schematisch und im Axialschnitt ein Ausführungsbeispiel für ein Elutionsgerät 1 zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.
  • Das hier gezeigte Gerät weist zwei äußere Membranen in den Positionen M1 und M4 auf, sowie zwei innere Membranen in den Positionen M2 und M3. Zwischen den Membranen M2 und M3 ist eine Elutionskammer ausgebildet, zwischen den Membranen und M1 und M2 bzw. M3 und M4 je eine Fallenkammer. Das Elutionsgerät 1 wird zur Durchführung der Elution in eine gebräuchliche Elektrophoresekammer eingesetzt, deren Feld durch die in der Fig. 1 dargestellten Polungsangaben 2,3 angedeutet ist. Die Elektrophoresekammer und das Elutionsgerät 1 sind so hoch mit Pufferlösung 4 gefüllt, daß deren Spiegel 5 die Oberkanten der Membranen in den Positionen M1 bis M4 gerade nicht überspült.
  • Die aktiven Oberflächen 6,7 der Membranen in den Positionen M1 und M4 sind gleichsinnig, und zwar dem Pluspol des äußeren elektrischen Feldes zugekehrt, ausgerichtet.
  • Die Membranen in den Positionen M2 und M3 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel symmetrisch. Bei Verwendung asymmetrischer Membranen sind diese vorzugsweise gleichsinnig mit den Membranen in den Positionen M1 und M4 ausgerichtet, also ebenfalls mit ihren aktiven Oberflächen zum Pluspol des äußeren elektrischen Feldes weisend.
  • Zur Durchführung der Elution wird das zu eluierende Elektrophoresegel in die Pufferlösung in die zwischen den Membranen in den Positionen M2 und M3 ausgebildete Elutionskammer eingebracht. Anschließend wird das elektrische Feld der Elektrophoresekammer, in die das Elutionsgerät 1 eingesetzt ist, eingeschaltet. Dabei wandern die elektrisch negativ geladenen Teilchen, insbesondere also die zu eluierenden elektrisch negativ geladenen Makromoleküle, durch die Membran M3 hindurch in die Falle 8. Während die großen und in der Fig. 1 auch groß dargestellten negativ geladenen Makromoleküle vor der Membran M4 zurückgehalten werden, treten die kleineren negativ geladenen Ionen und Moleküle, insbesondere also die Pufferionen, durch die Membran 4 hindurch in das Elektrophoresegerät hinein aus dem Elektroelutionsgerät 1 hinaus.
  • Entsprechend wandern positiv geladene Teilchen in Richtung auf den Minuspol des äußeren angelegten elektrischen Feldes zu durch die Membran 2 hindurch in die Fallenkammer 9.
  • Je nach Wahl der in Position M1 angeordneten Membran werden dann entweder die größeren positiv geladenen Ionen oder Moleküle in der Falle 9 zurückgehalten oder treten die geladenen Teilchen in Anwesenheit des elektrischen Feldes insgesamt durch die Membran 1 hindurch ebenfalls in die Elektrophoresekammer hinein aus.
  • In Abwesenheit eines äußeren elektrischen Feldes, also beim Abschalten der an die Elektrophoresekammer angelegten Spannung, sind sämtliche Membranen M1 bis M4 für jeden Stofftransport undurchlässig, insbesondere wasserdicht.
  • Dies ermöglicht, daß bei Verwendung radioaktiv markierter Makromoleküle zur Bestimmung des Endpunkts der Elution bei abgeschaltetem äußeren elektrischen Feld der gesamte Inhalt der Elutionskammer 10 entnommen, in einem Szintillationszähler vermessen und erforderlichenfalls wieder in die Elutionskammer 10 zurückgeführt werden kann, ohne daß dadurch nach dem Wiedereinschalten des elektrischen Feldes die weitere Fortführung des Elutionsverfahrens in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird. Eine exakte Bestimmung des quantitativen Endpunktes der Elution ist dadurch möglich.
  • - Leerseite -

Claims (3)

  1. Verfahren zur Elektroelution elektrisch geladener Makromoleküle Ansprüche 1. Verfahren zur Elektroelution von elektrisch geladenen Makromolekülen durch Verfahren der zu eluierenden Makromoleküle unter Einwirkung eines äußeren elektrischen Feldes aus einem Elutionsraum in eine Falle, wobei die im elektrischen Feld wandernden Makromoleküle zunächst durch eine innere Fallenmembran (M2;M3) geführt werden, die im elektrischen Feld für die Makromoleküle durchlässig, in Abwesenheit eines äußeren elektrischen Feldes aber für jeden Stofftransport praktisch undurchlässig, insbesondere wasserdicht ist, und dann auf eine äußere Fallenmembran <Mi;M4) geführt werden, die im elektrischen Feld zwar durchlässig für kleine Ionen und Moleküle ist, aber auch im elektrischen Feld keine Makromoleküle durchläßt, wobei die Makromoleküle dann mit dem flüssigen Medium aus der Falle zwischen den beiden Fallenmembranen (Mi; M2;M3;M4) entnommen werden, und bei dem schließlich zumindest in den beiden einander gegenüberliegenden äußeren Positionen M1 und M4 asymmetrische Membranen eingesetzt werden, nach Patent DBP 33 37 668, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die asymmetrischen Membranen in den Positionen M1 und M4 so angeordnet werden, daß die dichten glatten aktiven Oberflächen dieser Membranen gleichsinnig ausgerichtet sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die asymmetrischen Membranen in den Positionen M1 und M4 so angeordnet werden, daß ihre dichten glatten aktiven Oberflächen dem Pluspol, ihre rauhen Stützschichtoberflächen dem Minuspol des angelegten äußeren elektrischen Feldes zugekehrt sind.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n 2 e i c h n e t , daß die zu eluierenden Makromoleküle radioaktiv markiert werden und die Trennung so lange durchgeführt wird, bis in der Elutionskammer praktisch keine radioaktive Strahlung mehr meßbar ist.
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