The authors would like to acknowledge Latoya Wiggins and Katelyn Griffin for their assistance in sample acquisition, as well as Laura Lee Rutherford for their assistance in sampling and molecular analyses. We would also like to thank Sarah Owens from Argonne National Lab for microbiomic sample preparation and sequencing. These investigations were supported equally by the Agricultural Research Service, USDA CRIS Projects &#8220;Pathogen Reduction and Processing Parameters in Poultry Processing Systems&#8221; #6612-41420-017-00 and &#8220;Molecular Approaches for the Characterization of Foodborne Pathogens in Poultry&#8221; #6612-32000-059-00.

환경 가금류 생산 샘플 1. 기계 균질화 <ol style="margin-left: 40px;"><li> 추출에 앞서, 95 ° C 수욕을 설정하고 수조 시간은 그 온도에 도달 할 수있다. </li><li> 2 ml의 용균 매트릭스 E 관에 흙이나 배설물의 0.33 g을 달다. <ol><li> 이 튜브의 용량을 초과 다음 해결책에 따라 발생할 수 있기 때문에, 튜브 샘플의 0.33 g을 초과하지 마십시오. </li><li> RT에 해동 냉동 샘플 무게 전에. </li><li> 토양 / 대변의 1g 총을 분석하기 위해, 아웃 셋 무게 개별 환경 시료 0.33 g 샘플을 복제. </li><li> 사전에 추출 원추형 매트릭스 관내 -20 ° C에서 샘플들을 저장이 필요할 경우. </li></ol></li><li> 825 μL 나트륨 인산염 버퍼 및 샘플 튜브에 PLS 솔루션의 275 μl를 추가합니다. ~ 15 초 동안 소용돌이를 사용하여 혼합 한 후 5 분 동안 14,000 XG에서 원심 분리. </li><li> superna을 가만히 따르다TANT은 버퍼 ASL 700 μl를 추가합니다. 5 초 동안 소용돌이를 사용하여 혼합한다. <ol><li> 헤드 스페이스는이 시점에서 원뿔 튜브에서 사용할 수있는 (~ 10 %의 총 부피)이 있는지 확인하십시오. 상층에 빈 공간이없는 경우, 튜브는 교차 오염 및 / 또는 샘플의 손실을 초래할 수있는 다음 균질화 단계 중에 누출되는 경향을 가질 것이다. </li></ol></li><li> FastPrep (24) 악기로 샘플을 놓고 40 초 동안 6.0 m / sec의 속도로 샘플을 균질화. </li><li> 5 분 동안 14,000 XG에서 균질화 된 샘플을 원심 분리기. 멸균이 ML의 microcentrifuge 관에 뜨는을 전송합니다. </li><li> 샘플에서 DNA 복구를 극대화하기 위해, 반복 같은 멸균, 2 ML의 microcentrifuge 관에 상층 액을 결합, 1.6 1.4 단계를 반복합니다. </li></ol> 샘플의 균질에서 억제 2. 효소 억제 참고 :이 프로토콜은 QIAamp DNA 의자 미니 키트를 사용합니다. <ol style="margin-left: 40px;"><li> 품어5 분 동안 95 ° C의 물욕 상등액 상등액 내의 나머지 세포로부터 DNA 복구를 최대화한다. <ol><li> 대부분 그람 음성 미생물을 함유하는 샘플을 70 ℃에서 배양한다. 그람 양성균이 (가금류 배설물 샘플의 경우입니다) 존재하는 경우, 95 ° C에서 배양한다. </li><li> 압력이 밀봉 된 마이크로 원심 튜브에 구축 할 수있는 튜브가 열려 &quot;팝업&quot;되지 않도록하고 잠재적으로 샘플 볼륨을 잃고 마이크로 원심 튜브에 플라스틱 잠금 클립을 사용합니다. </li></ol></li><li> 압력, 다시 캡 마이크로 원심 튜브를 해제하고 15 초 동안 소용돌이를 사용하여 혼합 각 microcentrifuge 관을 엽니 다. </li><li> 1 분 동안 14,000 XG에서 샘플을 원심 분리기 상층 액의 1.2 ml의를 제거하고 새 멸균 2 ml의 microcentrifuge 관에 배치합니다. </li><li> 각 샘플 1 InhibitEx 탭을 추가하고 샘플을 균일하게 흰색 / 오프 하얀 액체가 될 때까지 소용돌이를 사용하여 섞는다. <ol><li> t을 피샘플을 포함하는 microcentrifuge 관으로 배치하면서 InhibitEx 탭을 ouching. 이를 위해 오픈 microcentrifuge 관 바로 위에 탭을 포함하는 블리스 터 팩을 배치하고 부드럽게 블리스 터 팩에서 그리고 microcentrifuge 관에 탭을 누릅니다. </li></ol></li><li> 5 분 동안 14,000 XG에서 RT (~ 25 ° C에서)에서 1 분 샘플과 원심 분리기를 품어. </li><li> 5 분 동안 14,000 XG에서 멸균 1.5 ml의 microcentrifuge 관과 원심 분리기에 모든 액체를 전송합니다. <ol><li> 액체를 전송할 때 단계 2.5의 끝에 microcentrifuge 관 하단의 펠릿 수도있는 나머지 미립자를 피한다. </li></ol></li></ol> QIAcube 로봇 워크 스테이션을 사용하여 3. 자동화 된 DNA 정제 주 : 플라스틱 소모품의 개수, 원심 분리기 내에서 샘플 로터 어댑터의 배치, 및 완충제 / 용액의 필요한 볼륨 NUM에 의존실행 중입니다 샘플의 BER. <ol style="margin-left: 40px;"><li> 회 전자 어댑터 내에서 해당 슬롯에 용출 튜브 및 필터 튜브를 추가합니다. 각 샘플에 대해, 로터의 중간 어댑터 슬롯에 400 μL를 추가한다. 샘플 수에 따라 정제하지 올바른 배열로 워크 스테이션에서 원심 로터 어댑터를 놓는다. <ol><li> 실패가 정화 프로토콜의 원심 분리 단계 중 하나 동안 전단을 초래할 수 그렇게 때문에 microcentrifuge 관 뚜껑이 모두 제대로 로터 어댑터 내에 고정되어 있는지 확인합니다. </li></ol></li><li> 워크 스테이션에 1,000 μL, 200 μL 필터 - 팁 필요한 수를 추가하고 버퍼의 필요한 양을 가진 제공하는 버퍼의 병을 채 웁니다. 참고 :이 정화 프로토콜 (AL, AW1, AW2 및 AE)에 필요한 버퍼가 모든 QIAamp DNA 의자 미니 키트에 포함되어 있습니다. 사용자는 AW의 BU에 필요한 100 % 에탄올을 공급해야ffers 및 정제 공정에 사용되는 용액으로서. </li><li> 멸균 1.5 ml의 microcentrifuge 관에 공급 된 단백질 분해 효소 K 솔루션의 필요한 볼륨을 추가하고 워크 스테이션 슬롯에 배치합니다. 또한, 워크 스테이션의 통 부분을 2ml의 안전한 잠금 마이크로 원심 샘플 튜브의 RB (정제되는 샘플의 수와 같다) 필요한 번호를 추가한다. <ol><li> 샘플 튜브의 뚜껑이 제대로 시스템이 초기에 필요한 모든 플라스틱과 액체가 요청에 사용할 수 있는지 확인하기 위해 워크 스테이션을 검사 할 때 오류가 발생합니다 그렇게 실패 이후, 워크 스테이션의 해당 슬롯에 배치되어 있는지 확인합니다 실행합니다. </li></ol></li><li> 병원체 탐지 프로토콜 및 워크 스테이션이 제대로 장착되었는지 확인하기 위해 이후의 화면을 읽기 - 인간 의자를 - 워크 스테이션에 터치 스크린을 사용하여, DNA 의자를 선택합니다. 일단 모든 검사 화면이 프로토콜을 실행하려면 시작을 전달됩니다. <ol><li> 12 개 이상의 샘플에서 DNA를 추출하면 12 샘플의 실행이 워크 스테이션에 완료 ~ 72 분을 소요하기 때문에, 샘플의 다음 세트의 균질화 과정 (1 단계)을 시작합니다. </li></ol></li><li> 이후의 다운 스트림 분석에 필요한 때까지 -20 ° C에서, 회 전자 어댑터에서 샘플을 제거 그들을 모자, 장소. <ol><li> 이때, 원심 분리 / 증발 - 기반 시스템을 사용하여 개개의 샘플 (총 분석 량 = 1g) 미국 3 복제 정제를 결합. ETDA 트리스 완충액 100 ㎕의 최종 부피로 복제하고 용출액을 다시 결합한다. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

사용 된 DNA 추출법 샘플 이전 1,3,6- 본 DNA 추출법의 종속 특성을 분석지지 모두 분변 샘플 및 깔짚 정량적 총 세균 커뮤니티 추정치들을 달성. 배설물과 쓰레기 샘플 모두를 들어, DNA 추출 방법의 성능의 순서는 정량적 (기계&gt; 하이브리드&gt; 효소)과 정성 (효소&gt; 하이브리드&gt; 기계) 총 세균 지역 사회 추정치 달랐다. 하이브리드 방법은 높은 정량 또는 정성적인 추정치를 생성하지 않는...

When analyzing complex clinical or environmental samples (e.g., feces, soils), there are two main methodologies used for the extraction of DNA. The first is a mechanical disruption of the matrix using an intense bead-beating step, while the second is an enzymatic disruption of the matrix to chemically release bacterial cells and inhibit PCR inhibitors from the matrix simultaneously. Given the different means by which these two types of extraction methods work, it is not surprising that previous studies demonstrated that the appropriate DNA extraction method is both highly sample and analysis dependent. Comparative DNA extraction studies previously showed that some methods are more appropriate for improved DNA quality and quantity from environmental samples1-3, while others demonstrated improvements for community-level analyses such as denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE)4-6, terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP)7, automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA)8, and phylogenetic microarrays9. Therefore, appropriate DNA extraction methods need to be used, or developed, according to the types of environmental samples and the types of analyses being performed on those samples, especially given the recent advancements in bacterial community analyses. 
Next generation sequencing, in conjunction with more quantitative community assessments (e.g., quantitative PCR (qPCR)), is becoming more prevalent in the environmental and clinical sciences, however, very little research has been performed to determine the effect of DNA extraction methods on these data sets. Most DNA extraction comparison studies dealt with microbiomic community estimates from human or human model samples10,11, not agricultural animal samples. The few poultry-focused next generation sequencing studies dealt with specific metagenomic12,13 or microbiomic14 questions; they did not discuss the effect of DNA extraction method on the resulting microbiomic analyses. Considering the complex nature of environmental samples related to poultry production (e.g., feces, litter/bedding, pasture soil), DNA extraction methods need to be carefully selected. Poultry-related environmental samples are known to contain large numbers of PCR inhibitors and up to 500-fold DNA extract dilutions have been required for PCR and subsequent downstream analysis15-17. Therefore it is essential that DNA extraction methods be optimized for these types of samples in order to not only physically disrupt the matrix, but also to be able to reduce/eliminate the large number of inhibitors that are present. 
The QIAamp DNA Stool Mini Kit, an enzymatic extraction method, has been considered the &#8220;gold standard&#8221; when extracting DNA from difficult gut/fecal samples1,18,19 and has been applied successfully to poultry environmental samples8,14. The enzymatic removal of PCR inhibitors through the use of a proprietary matrix is one of the greatest advantages of using this method for these types of environmental samples, as is the ability to significantly improve throughput (and reduce sample processing error) using automated workstations. One major disadvantage is the lack of a mechanical homogenization step to physically disassociate bacterial cells from the environmental matrix. When testing gut and fecal samples of non-poultry origin, the addition of a bead-beating or mechanical disruption step within a DNA extraction protocol significantly increased extraction efficiency9, DNA yield/quality1,4,5 and significantly improved downstream community analyses in terms of richness, diversity, and coverage5,6,11. These studies compared not only mechanical bead-beating methods to the &#8220;gold standard&#8221; enzymatic method, but some also added the mechanical bead-beating step to the enzymatic protocol to improve results6,9,11. 
According to the results from the above studies, bacterial community analyses (both qualitative and quantitative) could be improved from poultry-related environmental samples through the addition of a mechanical homogenization step to the enzymatic method. Therefore, the goal of this study was twofold: (1) to develop a novel DNA extraction technique that utilizes the most desirable aspects of both the mechanical (powerful homogenization step) and enzymatic (PCR inhibitor removal and automation) extraction methods and (2) compare the quantitative (via qPCR) and qualitative (via microbiomics) bacterial community assessments of this novel method to representative mechanical and enzymatic methods.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lysing Matrix E tube</td>
			<td style="width:71px;">MPBio</td>
			<td style="width:119px;">6914-050</td>
			<td>Different sizes available and the last 3 numbers of the cat. No. indicate size (-050 = 50 tubes, -200 = 200 tubes, -1000 = 1000 tubes)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Phosphate Solution</td>
			<td style="width:71px;">MPBio</td>
			<td style="width:119px;">6570-205</td>
			<td>Can be purchased individually, or also contained within the FastDNA Spin Kit for Feces (Cat. No. 116570200)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PLS Buffer</td>
			<td style="width:71px;">MPBio</td>
			<td style="width:119px;">6570-201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Buffer ASL (560 ml)</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">19082</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">FastPrep 24 homogenizer</td>
			<td style="width:71px;">MPBio</td>
			<td align="right" style="width:119px;">116004500</td>
			<td>48 x 2 ml HiPrep adapter (Cat. No. 116002527) available to double throughput of mechanical homogenization step</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">QIAamp DNA Stool Mini Kit</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">51504</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">QIAcube24 (110V)</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">9001292</td>
			<td>Preliminary results show that QIAcube HT (Cat. No. 9001793) can be used to improve throughput, but different consumables are required of this machine and more comparative work needs to be done.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Filter-Tips, 1000 ml (1024)</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">990352</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Filter-Tips, 200 ml (1024)</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">990332</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">QIAcube Rotor Adapters (10 x 24)</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">990394</td>
			<td>For 1.5 ml microcentrifuge tubes included with in the rotor adapter kit there is an alternative.&#160; It is Sarstedt Micro tube 1.5 ml Safety Cap, Cat. No. 72.690</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sample Tubes RB (2 ml)</td>
			<td style="width:71px;">Qiagen</td>
			<td align="right" style="width:119px;">990381</td>
			<td>Alternative: Eppendorf Safe-Lok micro test tube, Cat. No. 022363352</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a hybrid dna extraction method for the qualitative and quantitative assessment of bacterial communities from poultry production samples

DNA 추출 프로토콜의 효능을 조사되는 시료의 종류와 분석을 수행 하류의 두 종류에 따라 크게 좌우 될 수있다. 새로운 세균 지역 사회 분석 기술 (예를 들어, microbiomics, 메타 지노믹스)의 사용이 분야 내에서 농업과 환경 과학 및 많은 환경 시료에서 더욱 확산되고 있음을 감안하면 물리 화학적 및 미생물 (독특한에서 예를 들어, 배설물과 쓰레기 / 침구 샘플이 될 수 있습니다 가금류 생산 스펙트럼), 적절하고 효과적인 DNA 추출 방법이 신중하게 선택되어야한다. 따라서, 신규 한 반자동 하이브리드 DNA 추출법 환경 가금류 생산 샘플을 사용하기 위해 특별히 개발되었다. 기계적 및 효소 :이 방법은 DNA 추출의 두 가지 주요 유형의 조합이다. 두 단계의 격렬한 기계적 균질화 공정 (비드를 사용하여 고해 구체적 environmen 제형분변 샘플 시료 매트릭스로부터 박테리아를 제거하고 DNA를 향상과 그람 양성 세균 커뮤니티 회원 복구를 향상시키기 위해 탈 샘플)을 &quot;황금 표준&quot;효소 DNA 추출법의 시작 부분에 첨가 하였다. 하이브리드 방식의 효소 추출 부 개시하고 나면, 나머지 정제 공정은 시료 처리량을 증가시키고 시료 처리 오류를 감소시키는 로봇 자동화 된 워크 스테이션을 사용 하였다. 가금류의 배설물과 쓰레기 샘플을 처리 할 때 엄격한 기계 및 효소 DNA 추출 방법에 비해,이 소설 하이브리드 방법은 정량적 고려 전반적으로 최상의 성능을 결합 총 세균 지역 사회의 추정 (microbiomics 사용) (16S rRNA 유전자 qPCR에 사용)과 정성을 제공 .

이 연구를 위해 신선한 배설물 배설물과 쓰레기 샘플은 미국 남동부에있는 상업 육계 (~ 25,000 조류)에서 발견되었다. 육계 (루스 루스) 콥-500이 교차했다, 그들은 샘플링 시간 59 일 이전했다. 신선한 배설물과 쓰레기 샘플 (waterer / 급전선 사이에, waterer / 공급 라인 근처 패드를 냉각 근처, 배기 팬 근처) 집에서 네 가지 영역에서 회복하고, 각 영역에서 샘플 풀링 다섯을 포함했다 그 지역 내?...

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A Hybrid DNA Extraction Method for the Qualitative and Quantitative Assessment of Bacterial Communities from Poultry Production Samples

A novel semi-automated hybrid DNA extraction method for use with environmental poultry production samples was developed and demonstrated improvements over a common mechanical and enzymatic extraction method in terms of the quantitative and qualitative estimates of the total bacterial communities.

가금류 생산 샘플에서 세균 공동체의 정성 및 정량 평가를위한 하이브리드 DNA 추출 방법

The efficacy of DNA extraction protocols can be highly dependent upon both the type of sample being investigated and the types of downstream analyses ...

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Research

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Biology

14.4K 조회수.  USDA-Agricultural Research Service. A novel semi-automated hybrid DNA extraction method for use with environmental poultry production samples was developed and demonstrated improvements over a common mechanical and enzymatic extraction method in terms of the quantitative and qualitative estimates of the total bacterial communities. 