JPH02291266A - 核酸の分離方法 - Google Patents

核酸の分離方法

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JPH02291266A
JPH02291266A JP27700189A JP27700189A JPH02291266A JP H02291266 A JPH02291266 A JP H02291266A JP 27700189 A JP27700189 A JP 27700189A JP 27700189 A JP27700189 A JP 27700189A JP H02291266 A JPH02291266 A JP H02291266A
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JP
Japan
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nucleic acid
protein
dna
cation exchange
mixture
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Application number
JP27700189A
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English (en)
Inventor
Bernard Francis Xavier Gannon
バーナード フランシス ザビアー ガノン
Theodore Fotsis
セオドール フォットシス
Carol Elizabeth Murphy
キャロル エリザベス マーフィ
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DNA Prep Galway Ltd
Original Assignee
DNA Prep Galway Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • C12N15/1006Extracting 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
    • C12N15/101Extracting 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カチオン交換剤によって蛋白から核酸を分離
する方法に関する。
分子生物学において最も一投的に用いられる方法の1つ
に、制限酵素または修飾酵素を用いたDNAなどの核酸
の操作方法がある。このような操作の後で実施する次の
工程がうまく行なえるか否かは多くの嚇合この操作で用
いた酵素が完全に除去されているか否かに依っている。
フェノール抽出法が、核酸溶液から酵素を除去する方法
として最も一般的に使用されている方法である。分子ク
a−二ングの際に用いられている一般的方法の1つにア
ルカリホスファターゼによる核酸のデホスホリレーシ腸
ンが多)る[Maniatis, T., Frits
eh,w.?,, and sambrook, J.
 ( 1 9 8 2 )″Mo:tecu1arcl
oning: A Laboratory Man.u
a’l”, Cold SpringHarbour 
Laboratory, Cold SpringHa
rbour, Nl3Wyork〕。デホスホリレーシ
四ン後に、デホスホリル化核酸を他の核酸分子に連結す
るには、アルカリホスファターゼを完全に除去する必要
がある。
アルカリホスファターゼの除去は、現在ではフェノール
/クロロホルム抽出次いでエタノール沈澱により行なわ
れている[Maniatis, T. , Frits
ch,凡?,, and 8ambrook J. (
 1 9 8 2 ) Op”l。
血液、あるいはヒト.動物及び植物組織、あるいはバク
テリア及び細胞培養物などの生物学的材料からDNAを
単離するためKは、DNAを蛋白から分離する必要があ
る。rノムDNA’&抽出する場合には、rノムDNA
がヒストン及び他の蛋白に強く結合しているため抽出が
一層困難である。
従来、蛋白及び他の不純物からDNAを分離するには、
デロテイナーゼとフェノールなどの有機溶剤とを組合わ
せて使用する方法が採用されている。
この方法によって分離後に、不要な微會の有機済41を
除去するKは、長時間を要する透析がしばしば採用され
ている。今日では、純粋な形態にあるDNAは多くの分
野で使用されている。例えば、診断薬分野ではD N 
hf′a−プが将来重要な役割りを果すことが多くのデ
ータから指摘されている。
しかしながら、現在のDNA抽出法では、診断系分野で
DNAデロープを広く使用する際に大きな制限がある。
従って、DNAの請判ヲ簡略比し迅速に行なうことので
きる方法は、DNA利用分野において極めて重要であり
、特にそれが自動比可能な暢合VCは一層重要な方法と
なり得る。
フェノール抽出法は、核酸溶液の除タンパク法として最
も一般的に採用されている方法である。
しかしながらいくつかの欠点を有している。フェノール
を工毒性のある有機m剤であり、また強い蛋白変性削で
あるため、皮膚に接触すると重大な火傷を引き起こし、
しげしげ緊急の治療を行なう必要が生じる。今日では、
多くの判造業者によって、精製することなく直接使用す
ることのできる透明な液fヒフェノールが提供されてい
る。しかしながラ安価な結晶形のフェノールの場合には
、使用前に再蒸留する必要がある。1た、保存中にフェ
ノールが黄色ま1こはピンク色になった場合にも再蒸留
する必夢がある。このような変色は、保存中にキノン、
ゾアシツドなどの7ェノール性酸化生成物が生じたこと
を示すものである。これらの不純物(エホスホジエステ
ル結合また(工DNA鎖の架橋結曾の開裂ケ引き起こス
fこめ、除去する必快がある。実際に、フェノール抽出
法は、DNA鎖中に切れ目を起こすことが知られている
。毒性のあるフェノールの再蒸留には長時間を要し、ま
た危険でもある。再蒸留はがスフーr中で特別の注意を
払って実施する必要があり、また濃縮された残渣は爆発
性であるため、蒸留フラスコ中のフェノールの量は10
0一以下にならないようにしなければならない。また、
フェノールを工使用前には、抽出パツファーで平衡比さ
せて飽和させる必要がある。攪拌工程及び分離工程が必
曹とされるため、自動化Kは特に不都合である。蛋白の
多くは、白い毛房状の中間層として分離するため、DN
A7含む上の水層を残す際に核酸のロスが生じる。
ソビエト連邦特許出願ASσ−A−1373709(p
aporov at al) Vc}X、塩析次いで強
酸性カチオン交換樹脂による選択によりデスオキシリボ
ヌクレオ蛋白から?スオキシリボ核酸を分離する方法が
記載されている。このイオン交換樹脂1工DNA除タン
パク剤の形態ではなく、透析Kよる@0度の減少期間中
に蛋白に対してDNAと競争的に反応する吸着削の形態
にある。この方法では、最初に高頃濃度によりDNA溶
液が除タンパクされ、次いでイオン交換樹脂とoNtJ
l液が接触し、該溶液のイオン強度は同時透析VCより
徐々に減少する。この方法では多くの工程が必要であり
、数時間を要する。更には、この方法は、ケ9ノムDN
DAを少槍で迅速に調規するには不適当であり、またD
NAから制限酵素あるい1工修飾酵素を迅速に除去丁る
には不適当である。ソビエト連邦特許出願▲Sσ−A−
1373709には、制限酵素による消化についてのデ
ータ、あるいはDNAプロープのターゲットとして使用
するための精表DNAについての吸収スペクトルまたは
適合性に関するデータが記載されていないため、この方
法によって精〜されたDNAの特性が不明である。多く
の蛋白は、ソビエト連邦特許出願A8[T−A−1 3
 73709に記載された一条件ではカチオン交換剤と
結合する。この特許出願に記載された方法では実際的な
点が無視されており、洗剤や加水分解酵素を使用するこ
とKよってカチオン交換剤への変性蛋白の吸着が阻害さ
れることから、この特許出願K記載された方法を修正す
ることなくそのま1微生物からDNAを分離する方法K
適用できるか否がE工不明である。
本発明の目的は、上記したような有毒な有機溶剤、高塩
濃度及び透析を使用する必要のなC゛、核酸試料調裂の
ための迅速で簡単な方法を提供することにある。
しかして、本発明によれば、核酸と蛋白の混合物ケ、該
蛋白の等電点未膚のpHでカチオン交換剤と接触せしめ
、次いで該核酸を回収することがらなる、蛋白から核酸
ケ分@fる方法が提供されろ。
十分に低いジ1(等議点未満)では、蛋白はプラスVC
荷電しており、カチオン9:Fl8剤上に保持される。
一方、核酸は、そのホスフェート官能基かマイナスに荷
電しているため、カチオン交換剤と反発する。核酸とイ
オン交換剤との間に(工相互作用はないため、不活性な
マトリソクスを使用することK.Kつ、核酸冫定縫的に
回収することができる。
必要により、カチオン交換剤のPHな上昇させて蛋白を
溶出させて除き、次いで周知の方法で採取することによ
り蛋白を回収することができる。
通常、カチオン交換剤からの蛋白の遊離を促進するため
にも塩濃度を上昇させる。しかしながべそれ以前に核酸
溶液を回収するため、透析することなく次の工程に使用
することのできる核酸のパツファ一溶液が得られる。
従って、本発明による方法は、DNAあるいはRNA操
作に関する研究、または現在フェノール抽出を必要とし
ている研究手法に適用することができる。
本発明の1つの態様によれば、核酸と蛋白の浴液な適当
なカチオン交換剤のカラムに付し、該カラムから核酸t
@出して回収する。本発明の方法は、カートリッジ、バ
ッチあるいはメンデレンシステム?用いて実施すること
もできる。
核酸と蛋白の溶液とイオン交換剤とを接触させる前に、
核酸と蛋白の混合物をプロテイナーゼとトモにプレイン
キュベートしてもよくそして必要に応じて更にナトリウ
ムpデシル7エート(SDS)とともにプレインキュベ
ートしてもよい。あるいハ、酸、アルカリ、揮発性カオ
トロピックtlAY.cトを用いる他の方法、または慣
用的方法を使用し、次いで中和する方法を採用すること
もできる。
DNAもしくはRNAゾロープ分析用の組織サンプルを
調勾する場合にはプレインキュベーション工程が通常必
要であり、このような工程Kより本発明の方法の用途範
囲が広がる。
従来使用されている液相一液相フェノール抽出法あるい
は塩析次いで透析による方法とは異なり、本発明の固相
一液相カチオン交喚システムは、生物学的材料からのD
NAもしくはRNAの自動化調書用装置に適用すること
ができる。
カチオン交換材剤、以下に記載する実施例がら証明され
るように、分離される核酸に応じて、弱いカチオン交換
剤あるいは強いカチオン父換削が用いられる。溶液を工
低モル濃度パッファ−が適当である。浴液のpHは通常
3.5〜6.5の範lmが適当である。
本発明の1つの態様においては、分離対象であるサンプ
ルt1約6.0の低モル濃度…中であらかじめ平衡比さ
れたカチオン交換剤のカラムに付す。
この楊合、pH6.0でマイナスVC荷電したDNAt
X口−デイングバソファ−中VC各出し、他方、蛋白%
工保持され、PH変fヒ後に、例えば約9.0の一のバ
ツファーで洗浄後に初めて溶出する。以下に示す実施例
1で用いられるアルカリホス7アターゼの存在を検出す
る感受性の高いアグセイ法で評価した所、木発明による
分離を工絶対的なものと思われる。
添付した図面は、実施例1に記載したカチオン交洟カラ
ムクロマトグラフイーにより得られたアルカリホスファ
ターゼの分画のPAGIIH ( yj?リアクlJル
7ミ}F/7’ル竃気泳動冫分析のオートラジオグラム
ケ示す。
以下の実施例により本発明を更に詳細に説明する。
実施例1 本発明の方法を示すモデルとしてアルカリホスファター
ゼを用いた。このために、微顆粒状のカルボキシメチル
セルロースの弱いカチオン交換剤( CM 52, W
hatman)を用いた。C (1) 力f −t 7
 交換剤ヲシラン比パスツールぎペクトに詰めて、ペッ
ト容敬1−とした。2つのカラムを調嗜した。最初のカ
ラムに、Hind II1で消比したラムダDNAの5
 0 0 ngを一<5.0の1Q mmole//ア
ンモニウムアセテートバッファ−100マイクロリット
ル中で付した。2番目のカラム[tX,Boθhrin
gerMannheimから入手した牛小腸アルカリホ
スファメーゼ( EC 3.1.3.1 ) 1 0 
0 VYpH6.0ノ1 0m mole/eアンモニ
ウムアセテートパツファ一100マイクロリットル中で
付した。それぞれのカラムヲ同シバツファ−100マイ
クロリットルで溶出し、適用量より多い溶出液を1つの
フラクション(f1)として回収した。その後、アンモ
ニウムアセテートの200マイクロリットルの6つのフ
ラクシ瑳ン(f2−f4) ’1回収した。最後に、5
 Q m mole /l Tri−HC.!., Q
.1 m mol/ l EDTA,3 0 0 m 
mo1e /l Nacj, pH 9,Qの200マ
イクaリットルの8つのフラクシコン(f5−f1+)
を溶出させた。
核酸の浴出パターン!,最初のカラムから得たフラクシ
ッンのアブロースデル電気泳動により求めた。アルカリ
ホスファターゼの溶出パターン+L以下のようにしてそ
の活性を検出することにより求めた。2番目のカラムか
ら溶出したそれぞれの7ラクシ葺720マイクaリット
ルに、5’未満ラベル化合成3 0 mer( 2.5
 X I Q5cpm) I Q−vイクaリットルと
アルカリホスファグーゼ反応バツファ一( 5 Q m
 mola /l Tris−HTJ, Q,1mmo
1eKDTA, PH 8.0 )とを加えた。サンプ
ル’?50゜Cで60分間インキュベートした。その後
、変性条件下でポリアクリルアミドrA−電気泳動に付
し丸rルケオートラジオグラフイーに付し、デホスホリ
レーシ葺ンの結果であるオリがヌクレオチpバンpの欠
損によりアルカリホス7アターゼ活性を検出した。得ら
れる結果(工添付した第1図に示した。第1図において
、C11エアルカリホスファターゼ、ラベル化合成オリ
ゴヌクレオチp及びアルカリホスファターゼ反応バノフ
ァ一’Y71口えたコントo−ルを示し、C2はラベル
化合成オリゴヌクレオチシとアルカリホスファターゼf
L応パツ7アーのみを加えたコントa−ルを示す。オー
トラジオグラムの結果から、アルカリホスファターゼが
存在していろ楊合には(Cエ.8.9)デホスホリレー
ション及び遊離ラベル比ホス7エートの流動性上昇によ
りアンモニウムアセテートオリゴヌクレオチ2バンVが
消えていることが分かる。核酸は主’Ic f3 中に
溶出し、アルカリホスフ丁ターゼはカラム中に保持され
、溶出溶媒の一と塩濃度を上昇させることK.Kつ溶出
され’)(f8−9)。ラムダHind [断片は定量
的に回収された。
実施例2 S−セファロースファーストフo − (Pharma
c1a,Swedθn)の強カチオン交換剤を用いて実
施例1と同様にして央施した。カラム’fr 、0.2
 ma1e/ eFj 、M 留水、0.2 mole
 / /アンモニウムアセテート(p84.8)(以後
AA(pH4.8)と言う〕及び10mmo1e/zA
A(p}14.8)の10ベント容駄で洗浄した。カチ
オン交換剤のラーゾバツチを、後者の溶媒を含む20囁
エタノール中で4℃で保存した。実施例1−と同様の溶
出系を用いた。セファロース交換剤は強いため、最初に
低いpH(4.8)を使用することができる。代表的な
全長サイズ及びコンフイギュレーション(即チ、直線状
、スーパーコイル状、リラックス閉環状)を示す核酸を
カチオン交換剤を用いたカラムクaマトグラフイーに付
し、それぞれの核酸を良好に回収した。更に、核eRを
素早く消化し連結してクローン化しt4多数の蛋白、即
ち、アルプミン、グロプリン、あるいを工Hind [
[などの制限酵素、あるいはプロテーゼなどの分子生物
学で用いる他の酵素もクロマトグラフイーに付したが、
AA ( P” 4−8 )ではいずれも溶出しなかっ
た。これらヲ工溶出するためには高いーと塩濃度が必要
であった。従って、核酸と蛋白とを明確に分離できるこ
とが判った。
制限酵素などのDNA結合酵素(アルカリホス7アター
ゼはこれに含まれない)ICついては、これらの蛋白を
DNAから解離させるためにナトリウムrデシルスルフ
エートなどの洗剤で処理することが必要である。本発明
の他の用途として、カチオン交換剤をDNA結合蛋白(
生物学的に重要なものであってDNAと結合しないもの
)間の分離に使用することができる。
デaティナーゼK以外の他のD口水分解酵素及び8D8
以外の他の洗剤も、本発明の方法に変比を与えることな
く使用することができる。他の洗剤を使用する場合、エ
タノール沈澱工程を省略することができるので特に有益
である。
上記した如く、実施例1及び2で回収されたDNAは制
限酵素で容易に消化することができまた連結することが
できる。核酸のサイズには特に制限ハなく、30塩基の
合成オリゴヌクレオチ−もrノムDNAも高収率で回収
することができる。
上記した如く、実施例1及び2においては、テストした
全ての蛋白については、適当な一条件下ではDNA}エ
カチオン変換削に結合せず、他方、蛋白は結合すること
が示されている。DNAと蛋白とが1つのサンプル中に
存在しておりこれをカラムに付した場合でも、あるいは
バッチ法で処理した場合でも、多くの場合同様の結果が
得られた。
}Tind[[などの制限酵素を使用する鳴合には、上
記した如(DNA結合蛋白とDNAとを解離させるため
にあらかじめ8D8を添加することが必要である。これ
らの知見から、生物学的オリジン由来のDNA (実施
例1及び2で用いたあらかじめ精勾されたDNA以外の
DNA)もカチオン交換剤を用いる本発明の方法により
精與することができる。
実施例6 本発明の方法を、微生物及び真核もしくは原核生物組織
を含む生物学的粗サンプルからのrノムDNAの分離に
適用した。ヨーグルト、ニワトリサンプルなどの食物サ
ンプル、あるいは血液、精液などの生物学的サンプルを
使用することができる。1つの例では、E,COliの
1晩培養物1.57を、ベンチトップKppendor
f型マイクロフユージ中で約10000.9で1分間遠
心した。上清を除去し、ペレットを、Trts−Hqj
 1 0 mM ( p!+ 8.0).NaCJ4 
Q mM, EDTA 2 mMO)5 Q Q−Fイ
クaリツトル中に再懸濁せしめた。デロテイナーゼKと
8DBとを、それぞれ終濃度200マイクログラム/一
及び0.5%で加えた。j mol / /アンモニウ
ムアセテート(A. A− ) ( pH 4.8 )
溶液を終4度’l 5 mmol / eとなるまで加
えることによって一を約4.84で減少させた。P}I
調整後、A.ん (一4.8)の1Q mmolθ/l
中のアンモニウム型力チオン変#S−セファデックスフ
ァーストフロ−(Pharmacia)の1:1スラリ
−500マイクaリットルを卯えた。サンプルを60分
間ゆっくりと攬拌した。次いでチューブをランク中に置
き、カチオンビーズを静置させた。上溝を新しいチュー
ブに移し、DNAを回収してエタノール沈澱により濃縮
した。DNAの収率は、慣用的方法によって得られる結
果とほぼ同様であった。
上記の方法はDNAの収率について高い再現性を有して
おり、得られるDNA}工制限酵素により寥易に消化す
ることができた。このようにして調坂されたDNAは、
DNA7°a−ブのターケ1ットとして使用することが
でき1こ。
木発明の方法の汎用性乞示すために、フェノール抽出法
を用いることが困雌な生物学的オリジン由来の組織につ
いて同様の実験を実施した。
実施例4 DNAデa−プ分析が必要な魚のひれをゾロティナーゼ
Kと8DSの適当な溶液にD口えて、この組織が直ぐに
溶解するようにした。蛋白と蛋白断片とをDNA及びR
NAとともに遊離させた。溶液の一を等電点未r4(約
pH4.8)にした。前記したようにしてカチオン交換
樹脂を加えて、溶出液からサンプルを回収し、デa−デ
分析用に供した。
上記実施例に用いた条件は極めて有効であることが判明
した。しかしながら、特異的な除タンパクのニーズに合
うように条件ケ更K変更することができる。上記した実
施例で用いた2つのタイプのカチオン交換剤に加えて各
種の他のカチオン交換剤ケ用いることができる。従って
、本発明VCよれば、上記した如く直ぐ使用することの
できる力チオン交換剤ケ詰めたカラムにより、分子生物
学の実験室において用いることのできる蛋白から核酸の
有効な分離方法が提供される。本発明の方法は、毒性の
あるフェノールを蒸留する必要もなくそれで平衡1ヒさ
せる必要もない。また木発明方法を工迅速に且つ定址的
に実施することかで課、DNAに影響を与えることもな
く、更にDNAをさほど希釈する必要もない。これらの
利点は当業著に容易に理解されよう。
本発明の方法は、DNA7°ロープ分析用のDNAサン
プルの調贈にも使用することができる。
本発明の方法レエ以下に示丁ような商業的有川性を有し
ているが、これらに限定されるものではな一ゝ。
1.DNAゾローブ?用いた同定のために用いるDNA
の微生物からの分離調裂; 2,  DNA7pO−プを由いた遺伝子分析に用いる
ヒトサンプルからのDNAの分離調■;6. 動物細胞
中で発現される治療用蛋白(例えばインターフェロン、
インターロイキンなど)中の混入DNAを除去するため
の処理(但し該蛋白を工…条件下で安定であることが条
件);4, 操作の最後において修飾酵素からDNAを
しばしば分離する必委のある分子生物学研究での使用; 5.分子生物学研究に必要なデラスミN9調舊の際の使
用。
このような用途は、その使用意図VCよって変動するが
、以下のような手段な必便とする。
(揚 正しいPHでサンプルを含有するシリンジに適合
することのできるカチオン交換剤充填シリンジ。この嚇
合、DNAのみが回収される(上記用途1.2.4及び
5)。
(b)  大スケール用充填カラム(上記用途1,2.
4及び5)。バソファ一条件な変化させることによって
イオン交換剤から必侵な蛋白?回収することができる(
上記用途6)。
(C)  カチオン交換メンプレン。これは上記(a)
及び(鶴と同様の条件下で使用できる。
(d)  カチオン交換剤を用いたサンプルのバッチ式
処理。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例IK記載したアルカリホスファターゼ
分画のオートラジオダラム分析の結果を示す写真である

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)核酸と蛋白の混合物を、該蛋白の等電点未満のp
    Hでカチオン交換剤と接触せしめ、次いで該核酸を回収
    することからなる、蛋白から核酸を分離する方法。
  2. (2)核酸と蛋白の溶液を適当なカチオン交換剤のカラ
    ムに付し、次いで該核酸をカラムから溶出させる請求項
    第1項記載の方法。
  3. (3)カートリッジ、バッチあるいはメンブレンシステ
    ムを用いて実施する請求項第1項記載の方法。
  4. (4)核酸と蛋白の混合物をカチオン交換剤に適用する
    前に、該混合物をプロテイナーゼとともにインキュベー
    トする請求項第1項−第3項のいずれか1項記載の方法
  5. (5)該混合物をナトリウムドデシルスルフエートとと
    もに更にインキュベートする請求項第4項記載の方法。
  6. (6)核酸と蛋白の混合物を、低モル濃度バッファー中
    でカチオン交換剤と接触せしめる請求項第1項−第5項
    のいずれか1項記載の方法。
  7. (7)該バッファーのpHが3.5−6.5である請求
    項第6項記載の方法。
  8. (8)自動化により実施する請求項第1項−第7項のい
    ずれか1項記載の方法。
  9. (9)DNAプローブ分析のターゲットとして用いるD
    NAを調製するための請求項第1項記載の方法。
  10. (10)蛋白から核酸を分離する方法のためのカチオン
    交換剤の使用。
  11. (11)請求項第1項−第8項のいずれか1項記載の方
    法のためのカチオン交換剤の使用。
  12. (12)実施例に記載したと実質的に同様の請求項第1
    項記載の方法。
  13. (13)実施例に記載したと実質的に同様の請求項第9
    項記載の方法。
JP27700189A 1988-10-25 1989-10-24 核酸の分離方法 Pending JPH02291266A (ja)

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