ES2326504B1 - Metodo de carga de muestras para electroforesis sumergida en gel de agarosa. - Google Patents

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Abstract

Método de carga de muestras para electroforesis sumergida en gel de agarosa.
La presente invención se refiere a un método de carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis sumergida en gel de agarosa donde la carga de cada muestra individualizada se realizada mediante a) la obtención de la muestra líquida de ácidos nucleicos a analizar; b) la obtención de un soporte sólido individual; c) la adsorción de la muestra líquida en el soporte sólido individual; y d) el depósito del soporte sólido individual conteniendo la muestra en un pocillo del gel de agarosa para el desarrollo de la electroforesis de los ácidos nucleicos en el gel, donde la carga de las muestras se realiza antes de sumergir el gel de agarosa en un tampón de migración. Asimismo se contempla el dispositivo de carga para llevar a cabo dicho método y el kit de electroforesis basado en el empleo de dicho dispositivo.

Description

Método de carga de muestras para electroforesis sumergida en gel de agarosa.
Campo de la invención
La presente invención tiene su campo de aplicación dentro del área de la Biología Molecular, concretamente en el campo de las técnicas de electroforesis. En particular, esta invención se refiere a un método de carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis sumergida en gel de agarosa, así como al dispositivo que emplea dicho método y a un kit de electroforesis basado en dicho dispositivo.
Antecedentes de la invención
La electroforesis es una técnica analítica de separación de macromoléculas. La separación tiene lugar debido a la diferente movilidad que presentan las macromoléculas cargadas cuando son sometidas a la influencia de un campo eléctrico como consecuencia de su relación carga/masa.
Los ácidos nucleicos son macromoléculas cargadas negativamente, debido a la presencia de grupos fosfato en su estructura. La naturaleza del enlace fosfodiéster de las cadenas polinucleotídicas condiciona la carga de un ácido nucleico, que es aproximadamente igual al número de grupos fosfato.
La electroforesis se realiza en cubetas apropiadas, generalmente horizontales, con un electrodo a cada extremo, y requiere dos elementos indispensables: la fase móvil y la fase estacionaria. La fase móvil es el medio amortiguado que permite la movilidad de las moléculas cargadas hacia los electrodos correspondientes cuando se genera un campo eléctrico. La fase estacionaria o soporte, es un polímero de naturaleza gelatinosa con un tamaño de poro homogéneo que se haya sumergido y embebido en la fase móvil.
El polímero utilizado para el análisis electroforético de ácidos nucleicos de gran tamaño (100 pb-10 kb) es la agarosa. Esta técnica consiste en armar un gel de agarosa, con pequeñas hendiduras o pocillos en un extremo donde se depositan las muestras a analizar. El gel es sometido a corriente eléctrica de modo que los ácidos nucleicos, cargados negativamente, se desplazan por el gel hacia el polo positivo. Transcurrida la electroforesis, la localización relativa de los fragmentos se determina mediante distintos métodos de detección. La tinción con bromuro de etidio, una sonda fluorescente tras iluminación con luz UV, es un método generalizado de detección de fragmentos de ADN, ya que la sonda se intercala entre la doble hélice de ADN y emite luz. La separación efectiva de los fragmentos de ADN o ARN (resolución) depende tanto de la masa como de la carga de los distintos fragmentos (relación carga/masa).
En las técnicas habitualmente realizadas, el depósito de las muestras de ácidos nucleicos en los pocillos del gel de agarosa se realiza en fase líquida, según la siguiente metodología estándar:
-
la muestra a migrar se mezcla con un buffer o tampón de carga que le confiere mayor densidad,
-
el gel se coloca en la cubeta de electroforesis y se cubre con el tampón de migración, de manera que queda sumergido,
-
se toma un pequeño volumen de la solución de la muestra, que puede oscilar entre 5 y 30 microlitros, según el caso, con una micropipeta automática de precisión, y se deposita en un pocillo del gel previamente practicado al efecto.
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Las micropipetas de precisión son de coste elevado y, además, deben manejarse con sumo cuidado para evitar su descalibración. Así, el depósito de la muestra en fase líquida debe realizarse de manera precisa y muy cuidadosa para evitar flujos bruscos que provoquen la salida de la muestra del pocillo y por tanto la pérdida de la muestra que se desea analizar. Por otra parte, debe evitarse la perforación de la base del pocillo con la punta de la micropipeta.
El equilibrio preciso entre introducir la punta de la micropipeta en el pocillo a una altura que no perfore la base del mismo y realizar un impulso adecuado del líquido que contiene la muestra hace de ésta una técnica difícil para personas que la efectúan por primera vez o que no la llevan a cabo de forma regular.
No obstante, el depósito de la muestra es una etapa clave en la migración electroforética y, en caso de no ejecutarse correctamente, impide obtener resultados de electroforesis.
En base a este hecho, existen documentos en el estado de la técnica que tienen el objetivo común de facilitar el depósito de las muestras en los geles de electroforesis.
Así, en el documento US 6376231, se describe un cargador para el depósito de varias muestras, formado por un papel intercambiador de cationes para cromatografía, para electroforesis vertical en gel de poliacrilamida, diseñado para la totalidad del gel.
Por otra parte, los documentos US5681437 y US5683915 describen un mecanismo para depositar simultáneamente una pluralidad de muestras sobre un medio en fase sólida planar, tal como el usado en técnicas cromatográficas, electroforéticas o cromatografía en capa fina, o sobre medios de crecimiento planares, tales como agarosa o tejido.
En el documento US 99/12025 se describe un cargador de muestras en fase sólida para la totalidad del gel, similar al descrito en US 6376231. Al igual que en este documento, la finalidad de su mecanismo es su empleo en electroforesis en geles verticales de poliacrilamida. Así, se describe un soporte sólido de polietersulfona o nylon capaz de inmovilizar muestras de ensayo de forma reversible para facilitar la carga de las mismas en geles de electroforesis.
Sin embargo, en ninguno de los documentos mencionados se define un dispositivo de carga de soporte sólido para electroforesis sumergida en geles de agarosa. Además, en los métodos descritos se emplea la totalidad del gel. Por otra parte, el diseño de estos sistemas no permite eliminar el uso de micropipetas a la hora de depositar las muestras en los soportes de carga.
Los documentos WO9627787 y WO9800706 se refieren a un dispositivo de carga para electroforesis sumergida en gel de agarosa, basado en un cargador de muestras para la totalidad del gel, es decir, para la carga simultánea de una pluralidad de muestras, cuyo diseño consiste en un medio sólido poroso donde se depositan las muestras para posteriormente transferirlas al gel. La forma de este medio soporte es la del peine utilizado habitualmente para formar los pocillos durante la polimerización del gel. El material del cargador es una membrana de nylon o nitrocelulosa. Este dispositivo ha sido diseñado para proceder a la carga de las muestras en el gel una vez sumergido en el buffer de migración.
Este tipo de cargadores presentan dos inconvenientes. Por un lado, la introducción del cargador (peine) debe realizarse con bastante precisión, ya que cada una de las zonas de muestra (púas del peine) debe quedar bien alojada en cada uno de los pocillos del gel, ya que, si alguna queda fuera, la difusión no se realizaría correctamente. La complejidad, por tanto, viene derivada del hecho de tener que introducir simultáneamente todas las púas en los correspondientes pocillos, teniendo en cuenta que la solución migratoria se encuentra cubriendo el gel.
Por otro lado, el peine es un cargador para varias muestras, lo cual dificulta la deposición de las muestras individuales. Esto supone una barrera metodológica importante cuando son personas distintas las que depositan cada una de las muestras, por ejemplo, en labores de docencia, en las que cada alumno va a depositar una muestra y debe realizarla en el mismo cargador que el resto de los alumnos.
Además, el diseño de este cargador tampoco evita el empleo de micropipetas de precisión para el depósito de las muestras.
Así, pese a que los dispositivos de carga descritos tienen el objetivo común de facilitar el depósito de las muestras en los geles de electroforesis, no existen referencias bibliográficas en el estado de la técnica que permitan eliminar el empleo de micropipetas de precisión.
Por tanto, los mecanismos descritos han sido desarrollados solamente para su utilización en investigación. La migración electroforética con fines docentes es difícil y por tanto se hace necesario resolver el problema del depósito de las muestras en gel de agarosa.
En el caso de los geles de almidón para la separación electroforética de proteínas obtenidas de extractos crudos celulares (Allozyme Electrophoresis Techniques used by the Gene Conservation Laboratory;<http://www.cf.adfg.state.
ak.us/geninfo/research/genetics/techfac/electro2.php>), la carga de muestras se realiza en fase sólida. Sin embargo, esta electroforesis difiere de la electroforesis en geles de agarosa en:
-
la finalidad de la separación. La electroforesis en gel de almidón se utiliza para la separación de proteínas, principalmente para diferenciar entre sus isoformas. Sin embargo, la electroforesis en geles de agarosa sumergidos se utiliza para separar fragmentos de ácidos nucleicos;
-
la naturaleza del medio de soporte de este tipo de electroforesis es de almidón hidrolizado en lugar de agaro- sa;
-
la colocación del gel se lleva a cabo de forma similar a una electroforesis de acetato de celulosa o poliacriliamida, donde el gel hace contacto con el buffer de electroforesis exclusivamente por sus extremos. El gel de agarosa de las electroforesis sumergidas, a diferencia de los anteriores, se halla inmerso en el buffer de electroforesis; y que
-
la carga de la muestra en los geles de almidón se realiza en fase sólida, insertando el gel una mecha empapada en la muestra. Estas mechas son eliminadas del gel cuando han transcurrido 15 minutos desde el comienzo de la migración electroforética. Sin embargo, la carga de la muestra en geles de agarosa se realiza mediante depósito de la solución de ácidos nucleicos a estudiar mezclada con buffer de carga en el pocillo del gel destinado al efecto.
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La electroforesis de ácidos nucleicos en geles de almidón no ha utilizado nunca el soporte de muestra en medio sólido debido a que los ácidos nucleicos se purifican y disuelven en un buffer, a diferencia de las proteínas que van a ser separadas mediante electroforesis en gel de almidón. Éstas últimas se encuentran en un extracto crudo y por tanto, mezcladas con todos los restos celulares y en ocasiones adheridas a membranas. Por estos motivos, el depósito de proteínas no purificadas se realiza en fase sólida, mientras que las muestras purificadas, tanto de proteínas como de ácidos nucleicos se cargan en fase líquida.
Así, los autores de la presente invención, a la luz de las necesidades del estado de la técnica, han desarrollado un nuevo método de carga de muestras de ácidos nucleicos en electroforesis sumergida en gel de agarosa mucho más sencillo y económico que los empleados habitualmente, que consiste en evitar la fase líquida y cambiarla por su depósito en fase sólida, evitando el empleo de micropipetas de precisión, lo que facilita el depósito de muestras.
Además, este método permite la carga de las muestras individualizadas, a diferencia de los métodos descritos en el estado de la técnica que coinciden en el depósito simultáneo de múltiples muestras, empleando la totalidad del gel.
Por tanto, una vez superada la barrera metodológica que hasta ahora suponía la carga de las muestras, la presente invención permite que la Electroforesis sumergida en gel de agarosa sea de aplicación en múltiples circunstancias, entre las que destacan las prácticas con finalidad docente, permitiendo el desarrollo de kits de prácticas de Biología Molecular.
Así, la simplificación del método de carga de la presente invención permite su uso por parte de personal no entrenado, obteniendo resultados equivalentes a los conseguidos en los laboratorios de investigación por los métodos tradicionales.
Breve descripción de las figuras
Figura 1. A) Dispositivo de carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis en gel de agarosa: (P) pinzas; (M) muestra líquida; (S) soportes sólidos individuales; B) Método de carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis en gel de agarosa: b.1) Inserción con pinzas (P) del soporte sólido individual (S) en la muestra líquida (M) para su adsorción; b.2) Depósito con pinzas (P) del soporte individual (S) conteniendo la muestra (M) en un pocillo (p) del gel de agarosa (G).
Objeto de la invención
En primer lugar, la presente invención se refiere a un método de carga en soporte sólido de muestras individualizadas de ácidos nucleicos para electroforesis sumergida en gel de agarosa.
Asimismo, otro objeto de la invención se refiere a un dispositivo para el depósito de muestras individualizadas de ácidos nucleicos basado en el método anterior.
Finalmente, es objeto de la presente invención un kit de electroforesis de muestras de ácidos nucleicos sumergida en gel de agarosa que comprende el dispositivo de carga mencionado.
Descripción de la invención
La electroforesis sumergida en gel de agarosa es uno de los métodos más utilizados en Biología Molecular. Hasta ahora, el depósito de la muestra era uno de los problemas principales ya que requería el uso de micropipetas de precisión, de elevado precio y cierto grado de habilidad y/o entrenamiento. Por este motivo, al no existir en el mercado prácticas docentes de análisis de ácidos nucleicos que hayan resuelto este problema, la posibilidad de realizar prácticas básicas de Biología Molecular en los laboratorios de enseñanza secundaria es casi inexistente.
Para cubrir estas necesidades, los autores de la presente invención han desarrollado un método de carga alternativo de manera que, en uno de los aspectos principales de la presente invención, se contempla un método de carga de muestras de ácidos nucleicos (ADN y ARN) para electroforesis sumergida en gel de agarosa en el que la carga de cada muestra individualizada comprende las siguientes etapas:
a)
obtención de la muestra líquida de ácidos nucleicos a analizar;
b)
obtención de un soporte sólido individual;
c)
adsorción de la muestra líquida obtenida en a) en el soporte sólido individual obtenido en b); y
d)
depósito del soporte sólido individual conteniendo la muestra en un pocillo del gel de agarosa para el desarrollo de la electroforesis de los ácidos nucleicos en el gel.
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La carga de las muestras sobre el gel de agarosa se realiza antes de sumergir el gel de agarosa en el tampón de migración. De esta forma, la carga de la muestra se realiza de forma más sencilla y se evitan errores que puedan hacer inválida la muestra. Una vez colocada la muestra correctamente y sin que se haya podido difundir, se vierte la solución migratoria.
Las muestras se pueden depositar sobre el gel antes de introducir el conjunto gel-muestra en la cubeta de electroforesis. También se contempla la posibilidad de que el gel se encuentre en la cubeta (sin el tampón de migración) y se proceda a la colocación de la muestra sobre el gel.
En una realización preferida de la invención, el soporte sólido individual empleado es de celulosa, de tipo papel grueso, altamente absorbente y de tramo resistente, con un área similar a la del pocillo del gel de agarosa de electroforesis donde se depositará la muestra.
La adsorción de la muestra en el soporte sólido individual se realiza introduciendo dicho soporte en un recipiente (vial, tubo eppendorf, etc..) que contiene un volumen de muestra líquida suficiente para impregnar el soporte sólido.
Finalmente, el depósito de la muestra se lleva a cabo simplemente mediante la inserción del soporte sólido individual conteniendo la muestra en un pocillo del gel, con la ayuda de accesorios que no requieren ningún tipo de entrenamiento por parte del usuario, como por ejemplo unas pinzas.
Otro aspecto principal de la invención se refiere el dispositivo para la carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis sumergida en gel de agarosa mediante el método descrito (figura 1 (A)).
Así, el dispositivo estaría formado por un juego de tubos conteniendo la muestra líquida a analizar (M), un juego de soportes sólidos individuales (S), preferiblemente de celulosa, con un área equivalente a la del pocillo (p) del gel (G) y unas pinzas (P) para introducir el soporte en la muestra y posteriormente depositarlo en el pocillo.
Finalmente, otro aspecto de la invención se refiere a un kit de electroforesis de muestras de ácidos nucleicos sumergida en gel de agarosa que comprende el dispositivo de carga descrito.
En base a la presente invención, la metodología convencional ha podido ser mejorada en varios puntos.
-
En primer lugar, como se ha mencionado anteriormente, no es necesario colocar el gel en la cubeta de electroforesis antes de depositar las muestras.
-
Además, se evita el uso de micropipetas automáticas de precisión para depositar la muestra, ya que el depósito del soporte sólido se realiza fácilmente con la ayuda de unas pinzas.
-
Finalmente, no se corre el riesgo de perder la muestra durante su depósito en el gel, ya que al estar en medio sólido no se sale del pocillo debido a efectos de manipulación.
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Como consecuencia de estas mejoras, es posible utilizar este modelo de carga en cualquier laboratorio no especializado. Es decir, una vez superada la barrera metodológica que hasta ahora suponía la carga de las muestras electroforéticas en geles de agarosa sumergidos, la presente invención permite que sea de aplicación en múltiples circunstancias, entre las que destacan las prácticas con finalidad docente.
Así, en caso de estropear el cargador por un mal uso, únicamente se debe desechar un soporte individual y no un cargador múltiple, con las ventajas económicas que esto conlleva. También es importante que, en el caso de la docencia, cada alumno puede realizar el proceso completo de la electroforesis, puesto que no solo deposita la muestra en el soporte, sino que además la carga sobre el gel.
El ejemplo que sigue a continuación ilustra la presente invención, pero no debe ser considerado como limitación a los aspectos esenciales del objeto de la misma, tal como han sido expuestos en los apartados anteriores de esta descripción.
Ejemplo 1
Se partió de un dispositivo de carga de muestras en geles de agarosa consistente en:
1.
4-8 tubos de 1.5 ml con 7 microlitros de muestra para ser analizada electroforéticamente.
2.
1 gel de agarosa al 1% con pocillos de 4x2 mm en un contenedor o sobre hermético.
3.
4-8 soportes sólidos, papeles de trama resistente y altamente absorbentes de 4x2 mm.
4.
Una pinza.
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Kit de diagnóstico de maternidad biológica
Con el desarrollo de este kit se trató de proporcionar al alumno una práctica que le ayudara a comprender cómo se realiza un diagnóstico de parentesco. Así, el ejemplo seleccionado consistió en determinar la relación de parentesco matrilineal entre un hijo y dos posibles madres biológicas.
Se suministró un kit para el depósito y migración de muestras electroforéticas consistente en producto amplificado mediante PCR de una fracción del segmento de hipervariable II de la región control del ADN mitocondrial de la presunta madre 1, madre 2, hijo, control negativo de amplificación y marcador de tamaño; un colorante para la tinción del gel una vez finalizada la electroforesis; la secuencia de referencia de Anderson correspondiente al fragmento amplificado y los electroferogramas de la secuencia de bases del fragmento de la presunta madre 1, madre 2 e hijo. Se incluyó el protocolo de la práctica a desarrollar.
La metodología a seguir consistió en emular el procedimiento de un laboratorio de Biología Molecular que realiza esta clase de diagnósticos. En primer lugar se observó la presencia física de los productos de PCR suministrados en tubos de 1,5 ml. A continuación se realizó una electroforesis en gel de agarosa para comprobar la validez de la reacción de PCR y por último se analizaron los resultados de la secuenciación del producto de PCR por comparación con la secuencia de referencia de Anderson del ADN mitocondrial.
Discusión
La única parte de un diagnóstico de parentesco que es trasladable a un laboratorio docente no especializado, como es el caso de los laboratorios de enseñanza secundaria, es la electroforesis. Los centros de enseñanza secundaria, salvo en el caso de los que se dedican a Ciclos Formativos, no disponen de termocicladores para PCR ni mucho menos secuenciadores de ADN. Sin embargo, en algunos casos disponen de fuente de electroforesis y cubetas. Incluso en el caso de no disponer de ellas, este equipamiento puede ser temporalmente prestado o alquilado ya que es robusto y de pequeño tamaño, por lo que su transporte no es complicado. Por todas estas razones, se diseñó una práctica que mostrara la fase de electroforesis, que refleja muy bien una parte del procedimiento real que se lleva a cabo en los laboratorios de Biología Molecular especializados en diagnóstico de parentesco. De esta forma, el alumno de secundaria se familiarizó con los procedimientos de análisis del ADN, visualizó una parte de ellos y se facilitó su mejor comprensión de conceptos del programa teórico. El punto débil de la adecuación de estas prácticas al laboratorio de enseñanza secundaria es, en gran medida, la dificultad para cargar las muestras en un gel de agarosa y llevar a cabo una electroforesis con garantías de éxito, porque si el procedimiento de depósito de la muestras es defectuoso, los resultados serán pobres o inexistentes. Sin embargo, el depósito de las muestras en soporte sólido de la presente invención, en lugar de utilizar el medio líquido convencional, garantizó el que no se perdieran las muestras y en consecuencia la electroforesis pudo ser llevada a cabo con éxito. La eliminación de esta barrera fue la que permitió el diseño de este kit que en todos los casos garantizó el correcto depósito de la muestra.
Ejemplo 2 Kit de detección de semillas de soja y maíz transgénicos
Se partió de un kit similar al descrito en el ejemplo 1.
Con el desarrollo de este kit se trató de proporcionar al alumno una práctica que le ayudara a comprender cómo se realiza un análisis de presencia de material genético indicativo de que una planta es transgénica. Así, el ejemplo seleccionado consistió en el análisis de varios ADNs extraídos de semillas de plantas para determinar si eran o no transgénicas y diferenciar si se trataba de ADN procedente de semillas de soja o maíz.
Se suministró un kit para el depósito y migración de muestras electroforéticas consistente en productos amplificados mediante PCR de una fracción del promotor 35S y del terminador NOS de ADN extraído de semillas de soja y maíz transgénicos autorizados, control negativo de amplificación y marcador de tamaño y un colorante para la tinción del gel una vez finalizada la electroforesis. La metodología a seguir fue similar a la del ejemplo 1.
El evento que dio lugar a la soja transgénica autorizada que se analizó en la práctica incluía el promotor 35S del virus del mosaico de la coliflor pero no el terminador NOS. En el caso del maíz, el evento incluía el promotor 35S pero no el terminador NOS. Una vez completada la migración electroforética y obtenida la imagen de los fragmentos electroforéticos, los alumnos pudieron determinar cuáles de las muestras correspondían a plantas transgénicas y cuales no. Por otro lado, pudieron establecer cuál de las muestras analizadas era de soja transgénica y cual de maíz trans-
génico.
Discusión
Al igual que se ha discutido en el ejemplo 1, la única parte de la detección de organismos modificados genéticamente que es trasladable a un laboratorio docente no especializado es la electroforesis. Los centros docentes de enseñanza secundaria, salvo en el caso de los que se dedican a ciclos formativos, no disponen de termocicladores para PCR ni mucho menos sistemas de PCR cuantitativa tales como los empleados en laboratorios especializados en detección y cuantificación de organismos genéticamente modificados. Sin embargo, como se ha citado en el ejemplo anterior, los laboratorios de enseñanza secundaria disponen de fuente de electroforesis y cubas. Por todas estas razones se diseñó una práctica que mostrara la fase de electroforesis para ilustrar los principios del screening de transgénicos.
Como en el ejemplo anterior, el depósito de las muestras en soporte sólido permitió que la electroforesis se desarrollara con éxito.

Claims (6)

1. Método de carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis sumergida en gel de agarosa caracterizado porque la carga de cada muestra individualizada comprende las siguientes etapas:
a)
obtención de la muestra líquida de ácidos nucleicos a analizar;
b)
obtención de un soporte sólido individual;
c)
adsorción de la muestra líquida obtenida en a) en el soporte sólido individual obtenido en b); y
d)
depósito del soporte sólido individual conteniendo la muestra en un pocillo del gel de agarosa para el desarrollo de la electroforesis de los ácidos nucleicos en el gel,
donde la carga de las muestras se realiza antes de sumergir el gel de agarosa en un tampón de migración.
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2. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte sólido individual tiene un área similar a la del pocillo del gel de agarosa en el que se deposita en la etapa d).
3. Método, según la reivindicación 2, caracterizado porque el soporte sólido individual es de celulosa.
4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa c) se realiza introduciendo el soporte sólido individual en un recipiente que contiene un volumen de muestra líquida suficiente para impregnar dicho soporte.
5. Dispositivo para la carga de muestras de ácidos nucleicos para electroforesis sumergida en gel de agarosa según el método de las reivindicaciones 1-4.
6. Kit de electroforesis de muestras de ácidos nucleicos sumergida en gel de agarosa caracterizado porque comprende un dispositivo de carga según la reivindicación 5.
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