L'isolamento di filtrazione di acidi nucleici: DNA metodo di estrazione semplice e veloce

Riepilogo

Descriviamo qui un metodo di estrazione del DNA semplice e rapida cartaceo di HIV provirale DNA da sangue intero rilevato mediante PCR quantitativa. Questo protocollo può essere esteso per l'utilizzo nel rilevare altri marcatori genetici o utilizzando metodi di amplificazione alternativi.

Abstract

FINA, isolamento filtrazione di acidi nucleici, è un metodo di estrazione romanzo che utilizza filtrazione verticale tramite una membrana di separazione e tampone assorbente per estrarre DNA cellulare da sangue intero in meno di 2 min. Il campione di sangue viene trattata con un detergente, brevemente mescolato e applicato dalla pipetta alla membrana di separazione. Il lisato stoppini nel tampone assorbente per capillarità, catturando il DNA genomico sulla superficie della membrana di separazione. Il DNA estratto viene conservato sulla membrana nel corso di una semplice fase di lavaggio in cui gli inibitori della PCR sono malvagi nel tampone assorbente assorbente. La membrana contenente il DNA intrappolata viene quindi aggiunto alla reazione PCR senza ulteriore purificazione. Questo semplice metodo non richiede attrezzature di laboratorio e può essere facilmente implementato con materiale di laboratorio poco costoso. Qui si descrive un protocollo per il rilevamento ad alta sensibilità e la quantificazione del virus HIV-1 DNA provirale da 100 ml di sangue intero come modello per l'inizio inDiagnosi fant del virus HIV che potrebbe facilmente essere adattato per altri obiettivi genetici.

Introduzione

Diversi rapporti hanno discusso lo sviluppo di metodi di estrazione carta- o membrana a base per l'uso in point-of-care (POC) dispositivi di ^1-5, con l'obiettivo di rendere la sensibilità squisita e la specificità della diagnostica molecolare a disposizione di tutti. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) Malattie Sessualmente Trasmesse Diagnostica iniziativa ha coniato il termine ASSURED (a prezzi accessibili, sensibile, specifico, facile da usare, veloce e robusto, senza attrezzature e distribuito chi ne ha bisogno) per descrivere le caratteristiche ideali di un POC Test ^6. Di queste linee guida, la caratteristica senza attrezzatura è particolarmente difficile da raggiungere per la diagnostica molecolare. Tuttavia, ogni innovazione nel campo avanzerà l'obiettivo di raggiungere le più bisognose, e non c'è speranza di miglioramento a breve termine in termini di prestazioni di prova adattando la tecnologia esistente ^7.

Qui si descrive un protocollo semplice per l'estrazione del DNA da sangue interoche non richiede chimica complessa o strumentazione di laboratorio. La FINA (isolamento filtrazione di acidi nucleici) metodo di preparazione campione è stato originariamente sviluppato per estrarre il DNA dei leucociti dal sangue intero per rilevare l'HIV-1 provirus come parte di un point-of-care (POC) del campione alla risposta PCR quantitativa diagnostica piattaforma (EID) (qPCR) precoce infantile per l'utilizzo in contesti di risorse limitate ^8-11. Estrazione FINA differisce dai metodi di purificazione convenzionali che utilizzano membrane di silice o silice particelle paramagnetiche rivestite di legarsi reversibilmente DNA in presenza di agenti caotropici ^12. Invece, FINA utilizza filtrazione verticale attraverso una membrana di separazione per estrarre DNA cellulare da sangue intero direttamente. La membrana contenente il DNA intrappolata può essere collocato direttamente in un tubo di PCR e sia immediatamente utilizzato in una reazione PCR o aria secca per la successiva amplificazione ^9. Senza caotropici agenti, fenolo, o alcoli sono utilizzati per l'estrazione del campione, eliminaTing le ampie fasi di lavaggio necessari per rimuovere potenti inibitori qPCR derivanti dal processo di estrazione ^13,14.

La membrana FINA può catturare sia cellule ⁹ o DNA genomico liberati da lisi cellulare ¹¹ prima che il campione viene aggiunto alla membrana. Per la cattura delle cellule, sangue intero viene aggiunto direttamente alla membrana. Le cellule sono poi lisate nella membrana per aggiunta di 10 mM NaOH. Il vantaggio di questo metodo è che si tratta solo 3 fasi: 1) l'aggiunta del campione; 2) la lisi cellulare / lavaggio e 3) il posizionamento del disco filtro in tubo qPCR. Lo svantaggio di questo metodo è che la membrana può contenere solo un numero definito di cellule direttamente proporzionale al diametro del disco membrana. Per raggiungere il limite di rilevazione necessario per EID, 100 ml di sangue intero è richiesto per l'ingresso di campionamento che comporta un filtro che è troppo grande per essere inserito in un tubo qPCR. Lisi delle cellule del sangue con detersivo prima di aggiungere il campione alla raccoltamembrana aggiunge una fase di elaborazione, ma consente l'uso di un filtro più piccolo per la stessa dimensione del campione. Siamo stati in grado di dimostrare alta riproducibilità, la rilevazione solo esemplare, e la quantificazione di un minimo di 10 copie di HIV-1 DNA provirale da 100 ml di sangue che utilizzano questa configurazione di prova ^11.

In questo rapporto, descriviamo il protocollo FINA come originariamente sviluppato per l'uso in laboratorio. Il sandwich membrana / filtro noto come modulo di preparazione del campione FINA può essere preparato in grandi lotti e stoccato per un uso successivo. Quando i campioni vengono estratti questo processo richiede 2 min e può essere eseguita in diversi lotti di dimensioni. La qPCR può essere eseguito immediatamente o dei filtri contenenti il ​​DNA incorporato può essere conservato fino a quando non è conveniente per eseguire qPCR. Questo metodo è molto comodo per le analisi di routine, di esemplari in entrambe le impostazioni alte e basse risorse.

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Protocollo

Etica dichiarazione: I campioni di sangue intero utilizzate in questo studio non sono considerati come ricerca che coinvolge soggetti umani. I campioni sono stati ottenuti per scopi diagnostici clinici, che sono state soddisfatte, e la porzione restante di questi campioni è stato fornito per il dosaggio di ricerca FINA. I campioni sono stati codificati in modo tale che i ricercatori non sono stati in grado di accertare facilmente l'identità degli individui.

1. Preparazione della FINA campione Modulo di preparazione

1. Preparare tampone assorbente tagliando un 35 x 35 mm ² di un 2,6 mm batuffolo di cotone al 100% di spessore. Tagliare una pastiglia per ogni campione.
2. Preparare parafilm plastica con un nastro di protezione di carta da un pezzo di taglio della pellicola di paraffina (25 mm (h) di 50 mm (w)) e quindi un foro di diametro 7,14 millimetri al centro del nastro con un martello guidato perforazione. Preparare un nastro per ogni campione.
3. Preparare un separatore membrana di sangue vetro rilegato (membrana cattura) disco perforando un cerchio di diametro 8,35 millimetricon un martello guidato perforazione. Punch un disco per ogni campione. Il disco ha una capacità di ritenzione delle particelle di 2,3 micron.
4. Assemblare il modulo di preparazione del campione FINA disponendo il disc cattura nel centro del pad blotting utilizzando pinze. Posizionare il nastro parafilm sopra il disco acquisizione in modo che il foro del nastro paraffina lascia il centro del disco cattura esposto.
5. Garantire il contatto tra il disco e il tampone assorbente allungando il nastro di paraffina leggermente a coprire il pad assorbente e premendo saldamente il nastro di paraffina a bastone per il pad assorbente lungo tutti i bordi del disco.
6. Fare come molti moduli come necessario per l'esperimento o di riserva per un utilizzo futuro.

2. Preparazione della qPCR tubo

1. Preparare un disco nastro 5,1 millimetri che ancorare la membrana cattura cella a lato del tubo qPCR per impedire la membrana blocchi la rilevazione della fluorescenza per punzonatura un cerchio di polie doppio rivestimentoster nastro diagnostico con un martello guidato pugno da un foglio di nastro. Preparare un disco a nastro per ogni campione.
2. Rimuovere un lato del rivestimento adesivo del nastro. Posizionare il nastro in 200 microlitri tubo PCR, attaccare su un lato e verso il fondo della provetta. Rimuovere il secondo rivestimento adesivo. Il tubo è ora pronto a ricevere disco preparato.
3. Produrre come molti tubi come necessario per l'esperimento o scorte per uso futuro.

3. Contrive sangue del campione

Nota: Se si sta preparando un vero e proprio provino, passare al punto 4.

1. Scongelare le cellule 8e5-LAV ¹⁵ portatori di una singola copia dei provirus HIV-1 ottenuti dal Laboratorio Quality Assurance Virology (VQA; Rush Presbyterian / St Luke Medical Center, Chicago, IL.).
   Nota: Vengono memorizzati come pellet cellulari congelati ad una concentrazione di 4.000 cellule / microlitro. Conteggio delle cellule è stata verificata come descritto in precedenza ^9.
2. preparare serdiluizione ial a congelamento medio (siero 90% fetale bovino, 10% dimetilsolfossido) a concentrazioni che vanno da 1 a 400 cellule / microlitro.
3. Pipettare 10 celle microlitri di ciascuna delle diluizioni seriali in una provetta. Aggiungere 100 ml di HIV-1 negativo EDTA campione di sangue intero fresco trattati ad ogni provetta per creare una curva standard di 8e5-LAV numero di copie 10-4,000. Mescolare delicatamente sfogliando il fondo del tubo 5 volte.

4. Eseguire FINA Estrazione

1. globuli Lyse aggiungendo Triton-X100) ad una concentrazione finale di 1% (11 microlitri 10% Triton-X100 a 110 microlitri di sangue intero e cellule dal punto 3.3).
2. Mescolare delicatamente sfogliando il fondo del tubo 5 volte. Il sangue dovrebbe diventare rosso traslucido.
3. Pipettare tutti i campioni di sangue sul disco cattura.
   Nota: Una guarnizione a tenuta d'acqua tra il nastro paraffina e la membrana cattura assicura che il sangue scorre attraverso la membrana, e un buon contatto tra l'acquisizione membrane e assorbente complesso a tampone garantisce un rapido assorbimento del campione.
4. Lasciare in ammollo campione attraverso il filtro.
   Nota: Gli stoppini lisato sangue nel tampone assorbente per capillarità, catturando il DNA genomico sulla superficie del disco cattura. Il lisato è imbevuto nel disco quando appare opaca.
5. Aggiungere 600-1,000 ml 10 mM di NaOH goccia a goccia sul disco cattura.
   Nota: Il tampone di lavaggio può anche essere aggiunto come una massa aggiunta di 600 microlitri. Il buffer formerà una gocciolina sul nastro di paraffina idrofoba e stoppino attraverso il foro sul disco in circa 20 sec. Il filtro passa dal rosso al bianco indicando liquidazione di emoglobina.
6. Separare il disco dal tampone assorbente con una pinza e applicare il disco al nastro nel tubo PCR preparato. Se c'è un colore rosso rimasto sul filtro aggiungere 50-100 ml di tampone di lavaggio per cancellare il filtro prima di mettere nel tubo.
   Nota: Raramente, l'eccesso di pressione applicata durante la preparazione dila FINA moduli comporta il partizionamento degli strati di membrana durante la separazione dal tampone assorbente. Eliminare questi dischi e preparare un campione fresco.
7. Dopo il filtro è posizionato nel tubo PCR, analizzare i campioni subito. In alternativa, asciugare per una notte in una scatola contenente solfato di calcio essiccante, quindi cap e mettere in un sacchetto di alluminio con essiccante di silice e conservare fino al momento dell'analisi.

5. qPCR Reazione

1. Preparare 100 microlitri qPCR master mix per reazione con l'HIV primer e sonde specifiche come descritto in precedenza ^9,11. Includere un controllo interno di amplificazione per monitorare la presenza di inibitori di amplificazione e di verificare che un campione negativo è un vero negativo. Assicurarsi che il filtro è completamente ricoperta di master mix e che il filtro rimane fissato al lato del tubo durante la reazione.
2. Eseguire l'amplificazione utilizzando un dispositivo di PCR in tempo reale, come descritto in precedenza ^9.

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Risultati

Il flusso di lavoro per l'estrazione del DNA provirale dal sangue intero addizionato di cellule 8e5-LAV è mostrato in Figura 1. La Figura 2 mostra il modulo di esempio FINA e preparati tubo qPCR. Questo metodo consente efficiente amplificazione del HIV-1 provirus da cellule 8e5-LAV a differenti numeri di copia, come mostrato nella curva standard di esemplari artificiosa (Figura 3). PCR ha avuto un rendimento del 103%, come calcolato...

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Discussione

EID legata al trattamento di accesso rapido ha dimostrato di ridurre la mortalità infantile a causa di infezione da HIV ^16. A causa della persistenza di anticorpi materni nel sangue di un neonato, rapidi test degli anticorpi HIV hanno limitato l'utilità per determinare il carattere dei bambini HIV-esposti. L'OMS raccomanda che tutti i bambini nati da madri HIV-1 positivi dovrebbero essere testati a 4-6 settimane di età, utilizzando un test virologico ^17. Abbiamo riportato lo sviluppo di ...

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fusion 5	GE Healthcare Life Sciences	8151-9915
707 blotting pad	VWR International	28298-014
PARAFILM M	VWR International	52858-000
3M Double-Coated Polyester Diagnostic Tape	3M Medical Specialties	9965
200 µl qPCR strip tubes	Agilent	401428
optical strip caps	Agilent	401425
Mx3005p qPCR System	Agilent	401456
sodium hydroxide	Sigma-Aldrich	221465	A.C.S. Reagent
Triton X-100	Sigma-Aldrich	T9284	BioXtra
dimethyl sulfoxide	Sigma-Aldrich	D8418	for molecular biology
fetal bovine serum, certified, U.S. origin	Thermo Fisher Scientific	16000-044
Hammer driven small hole punch 3/16" hole diameter (5.1 mm)	McMaster Carr	3424A16
Hammer driven small hole punch 1/4" hole diameter (7.14 mm)	McMaster Carr	3424A19
Hammer driven small hole punch 5/16" hole diameter (8.35 mm)	McMaster Carr	3424A23