Name: real-time tracking of dna fragment separation by smartphone
Uploaded: 2017-06-01T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone at JoVE.com

Vi anerkjenner takknemlig støtte fra National Natural Science Foundation of China (21205078) og Forskningsfondet for doktorgradsprogrammet for høyere utdanning i Kina (No.20123120110002). Dette arbeidet ble delvis støttet av Kinas nasjonale nøkkelforsknings- og utviklingsprogram (2016YFB1102303), Kinas nasjonale grunnforskningsprogram (973Program; 2015CB352001) og Nasjonalt naturvitenskapelig fundament i Kina (61378060).

1. Grunnleggende design av SGE Chip <ol><li> Bruk noen gjennomsiktig plast, som polymetylmetakrylat (PMMA) eller polykarbonat. Merk: SGE-brikken er vist i figur 1B . SGE-brikken består av sylindriske hull for TBE-bufferen, kanaler for DNA-separasjon, og to baner innebygd langs hullene for elektroden. </li><li> Fremstil arrays av SGE-kanaler i PMMA-blokken ved hjelp av en lasergraveringsmaskin. Merk: De geometriske parametrene til brikken er avhengig av størrelsen på DNA s...

<ol>
	<li>Carle, G. F., Olson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+chromosomal+DNA+molecules+from+yeast+by+orthogonal-field-alternation+gel+electrophoresis.">Separation of chromosomal DNA molecules from yeast by orthogonal-field-alternation gel electrophoresis.</a> Nucleic. Acids. Res. 12 (14), 5647-5664 (1984).</li><li>McDonell, M. W., Simon, M. N., Studier, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+restriction+fragments+of+T7+DNA+and+determination+of+molecular+weights+by+electrophoresis+in+neutral+and+alkaline+gels.">Analysis of restriction fragments of T7 DNA and determination of molecular weights by electrophoresis in neutral and alkaline gels.</a> J. Mol. Biol. 110 (1), 119-146 (1977).</li><li>Fangman, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+very+large+DNA+molecules+by+gel+electrophoresis.">Separation of very large DNA molecules by gel electrophoresis.</a> Nucleic. Acids. Res. 5 (3), 653-665 (1978).</li><li>Blum, H., Beier, H., Gross, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+silver+staining+of+plant+proteins,+RNA+and+DNA+in+polyacrylamide+gels.">Improved silver staining of plant proteins, RNA and DNA in polyacrylamide gels.</a> Electrophoresis. 8 (2), 93-99 (1987).</li><li>G&#246;dde, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoresis+of+DNA+in+human+genetic+diagnostics-state-of-the-art,+alternatives+and+future+prospects.">Electrophoresis of DNA in human genetic diagnostics-state-of-the-art, alternatives and future prospects.</a> Electrophoresis. 27 (5-6), 939-946 (2006).</li><li>Studier, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+bacteriophage+T7+early+RNAs+and+proteins+on+slab+gels.">Analysis of bacteriophage T7 early RNAs and proteins on slab gels.</a> J. Mol. Biol. 79 (2), 237-248 (1973).</li><li>Sugden, B., De Troy, B., Roberts, R. J., Sambrook, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+slab-gel+electrophoresis+equipment.">Agarose slab-gel electrophoresis equipment.</a> Anal. Biochem. 68 (1), 36-46 (1975).</li><li>Rabilloud, T., Chevallet, M., Luche, S., Lelong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+gel+electrophoresis+in+proteomics:+Past,+present+and+future.">Two-dimensional gel electrophoresis in proteomics: Past, present and future.</a> J. Proteomics. 73 (11), 2064-2077 (2010).</li><li>Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. Y., Kim, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+gel+electrophoresis+for+the+separation+of+DNA+fragments.">Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments.</a> J. Vis. Exp. (62), e3923 (2012).</li><li>Gasser, R. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-strand+conformation+polymorphism+(SSCP)+for+the+analysis+of+genetic+variation.">Single-strand conformation polymorphism (SSCP) for the analysis of genetic variation.</a> Nat. Protoc. 1 (6), 3121-3128 (2006).</li><li>Matselyukh, B. P., Yarmoluk, S. M., Matselyukh, A. B., Kovalska, V. B., Kocheshev, I. O., Kryvorotenko, D. V., Lukashov, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+cyanine+dyes+with+nucleic+acids:+XXXI.+Using+of+polymethine+cyanine+dyes+for+the+visualization+of+DNA+in+agarose+gels.">Interaction of cyanine dyes with nucleic acids: XXXI. Using of polymethine cyanine dyes for the visualization of DNA in agarose gels.</a> J. Biochem. Biophys. Methods. 57 (1), 35-43 (2003).</li><li>Lunn, G., Sansone, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ethidium+bromide:+destruction+and+decontamination+of+solutions.">Ethidium bromide: destruction and decontamination of solutions.</a> Anal. Biochem. 162 (2), 453-458 (1987).</li><li>Li, Z., Liu, C., Zhang, D., Luo, S., Yamaguchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+electrophoresis+of+RNA+in+hydroxyethylcellulose+polymer+with+various+molecular+weights.">Capillary electrophoresis of RNA in hydroxyethylcellulose polymer with various molecular weights.</a> J. Chormatogr. B. 1011, 114-120 (2016).</li><li>Li, Z., Liu, C., Ma, S., Zhang, D., Yamaguchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+inhibition+of+nucleic+acid+dyes+on+polymerase+chain+reaction+by+capillary+electrophoresis.">Analysis of the inhibition of nucleic acid dyes on polymerase chain reaction by capillary electrophoresis.</a> Anal. Methods-UK. 8 (11), 2330-2334 (2016).</li><li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+a+fluorescence-coupled+capillary+electrophoresis+based+method+to+probe+interactions+between+QDs+and+colorectal+cancer+targeting+peptides.">Developing a fluorescence-coupled capillary electrophoresis based method to probe interactions between QDs and colorectal cancer targeting peptides.</a> Electrophoresis. 37 (15-16), 2170-2174 (2016).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+capillary+electrophoresis+method+to+explore+the+self-assembly+of+a+novel+polypeptide+ligand+with+quantum+dots.">A capillary electrophoresis method to explore the self-assembly of a novel polypeptide ligand with quantum dots.</a> Electrophoresis. 37 (15-16), 2156-2162 (2016).</li><li>Miao, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclease+assisted+target+recycling+and+spherical+nucleic+acids+gold+nanoparticles+recruitment+for+ultrasensitive+detection+of+microRNA.">Nuclease assisted target recycling and spherical nucleic acids gold nanoparticles recruitment for ultrasensitive detection of microRNA.</a> Electrochim. Acta. 190, 396-401 (2016).</li><li>Heller, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+DNA+separation+with+capillary+electrophoresis.">Principles of DNA separation with capillary electrophoresis.</a> Electrophoresis. 22 (4), 629-643 (2001).</li></ol>

Agarosegelelektroforese er i stor grad benyttet for separasjon av DNA, RNA og protein. Dette arbeidet foreslår en ny metode for å erstatte den tradisjonelle gelelektroforeseprotokollen. Resultatene viser at 50, 100 og 1000 bp DNA-stiger kan separeres godt i en så liten, samlet enhet. Den store fordelen med denne metoden er at den ikke bare kan skille nukleinsyrene med lite kjemisk forbruk, men det kan også registrere separasjonsprosessen. Selv om DNA-fragmentene ser bredt ut i figur 2 ,...

<html> Slabelelektroforese (SGE) er den mest effektive metoden for DNA-fragment separasjon 1 , 2 , 3 , 4 , 5 og er derfor ansett som et allsidig verktøy i biokjemiske og biologiske analyser 6 , 7 , 8 . Mange eksperimenter indikerer imidlertid at SGE er begrenset av følgende fire problemer: (1) separasjonene tar mange timer og til og med dager; (2) det kjemiske forbruket er svært høyt; (3) det krever et komplisert apparat ( f.eks. 2D elektroforese celle, elektroforese strømforsyning og gel bildebehandling system); (4) gelbildesystemet kan bare observere de separerte DNA-fragmentene når forsøket er ferdig. Videre er etidiumbromid (EtBr), som vanligvis brukes i SGE 9 ,Ass = &quot;xref&quot;&gt; 10, er mutagent og kreftogen 11 , 12 . Hansker bør derfor alltid brukes når de gir geler som inneholder EtBr. Kapillærelektroforese (CE) har mange fordeler 13 , 14 , 15 , 16 , 17 sammenlignet med SGE, som automatisk drift, kort separasjonstid og lavere forbruk. Men CE-instrumentet er ganske dyrt. For å overvinne disse begrensningene er det derfor utviklet et system ( Figur 1 ) for separasjon av DNA. Et slikt system kan ikke bare sterkt redusere det kjemiske forbruket og spare på SGE-eksperimentet (&lt;8 min), men det kan også utføre sanntidssporing av DNA-separasjonsprosessen i agarosegelen ved hjelp av smarttelefonen. Ved å følge prosedyrene beskrevet i denne protokollen, skal studenteneJeg kan designe og lage SGE-brikken, lage agarosegelen i brikken, sette opp et enkelt SGE-system med en smarttelefon og registrere DNA-migrasjonsprosessen i agarosegelen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="683">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">10&#215;TBE</td>
			<td style="width:287px;">Beijing Solarbio Science &#38; Technology Co., Ltd.</td>
			<td style="width:181px;">T1051</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">50bp DNA ladder</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">3421A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">100bp DNA ladder</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">3422A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1kbp DNA ladder</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">3426A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SYBR GREEN</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">5760A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Agarose</td>
			<td style="width:287px;">Sigma-Aldrich Corporate</td>
			<td style="width:181px;">V900510</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

real-time tracking of dna fragment separation by smartphone

Slabelelektroforese (SGE) er den vanligste metoden for separering av DNA-fragmenter; Dermed er det stort sett brukt på feltet av biologi og andre. Den tradisjonelle SGE-protokollen er imidlertid ganske kjedelig, og forsøket tar lang tid. Dessuten er det kjemiske forbruket i SGE-eksperimenter svært høyt. Dette arbeidet foreslår en enkel metode for separering av DNA-fragmenter basert på en SGE-brikke. Brikken er laget av en graveringsmaskin. To plastplater brukes til eksitasjons- og utslippsbølgelengdene til det optiske signalet. Fluorescenssignalet til DNA-båndene oppsamles av smarttelefonen. For å validere denne metoden ble 50, 100 og 1000 bp DNA-stiger separert. Resultatene viser at en DNA-stige mindre enn 5000 bp kan løses innen 12 minutter og med høy oppløsning ved bruk av denne metoden, noe som indikerer at det er en ideell erstatning for den tradisjonelle SGE-metoden.

<html> Figur 4 , Figur 5 , og Figur 6 representerer et typisk resultat etter gelelektroforeseen på 50, 100 og 1000 bp DNA-stiger. Etter forsøket ble DNA-fragmentene godt separert. Videre ble de samme prøvene separert i de 4 kanalene i SGE-brikken, som viste at DNA-fragmenter av samme størrelse beveger seg i samme avstand i hvert eksperiment. Separasjonsprestasjonen av DNA-stigen kan evalueres ved å ...

Watch this Scientific Journal Video about Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone at JoVE.com

Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone

Sporing av DNA-fragmenter i sanntid etter Smartphone

Tradisjonelle slabelelektroforeseeksperimenter (SGE) -forsøk krever et komplisert apparat og høyt kjemisk forbruk. Dette arbeidet presenterer en protokoll som beskriver en billig metode for å skille DNA-fragmenter innenfor en kort tidsramme.

Slab gel electrophoresis (SGE) is the most common method for the separation of DNA fragments; thus, it is broadly applied to the field of biology and ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

DNA Polymerase Activity Assay Using Near-infrared Fluorescent Labeled DNA Visualized by Acrylamide Gel Electrophoresis

DNA Polymerase aktivitet analysen med nær-infrarøde fluorescerende merket DNA visualisert ved akrylamid Gel geleelektroforese

For any enzyme, robust, quantitative methods are required for characterization of both native and engineered enzymes. For DNA polymerases, DNA synthesis ...

Regeneration of Arrayed Gold Microelectrodes Equipped for a Real-Time Cell Analyzer

Regenerering av plassert gull Microelectrodes utstyrt for en sanntid celle Analyzer

The label-free cell-based assay is advantageous for biochemical study because of it does not require the use of experimental animals. Due to its ability ...

Real-time Observation of the DNA Strand Exchange Reaction Mediated by Rad51

Sanntid observasjon av DNA Strand Exchange reaksjonen formidlet av Rad51

The DNA strand exchange reaction mediated by Rad51 is a critical step of homologous recombination. In this reaction, Rad51 forms a nucleoprotein filament ...

DNA Sequence Recognition by DNA Primase Using High-Throughput Primase Profiling

DNA Sequence anerkjennelse av DNA Primase ved hjelp av høy gjennomstrømming Primase profilering

DNA primase synthesizes short RNA primers that initiate DNA synthesis of Okazaki fragments on the lagging strand by DNA polymerase during DNA replication. ...

Real-Time, Semi-Automated Fluorescent Measurement of the Airway Surface Liquid pH of Primary Human Airway Epithelial Cells

Real-time, semi-automatisert fluorescerende måling av luftveiene overflaten flytende pH av primær menneskelige Luftveisepitel celler

In recent years, the importance of mucosal surface pH in the airways has been highlighted by its ability to regulate airway surface liquid (ASL) ...

Monitoring GPCR-&#946;-arrestin1/2 Interactions in Real Time Living Systems to Accelerate Drug Discovery

Monitoring GPCR-ÃƒÅ½Ã‚Â²-arrestin1/2 Interactions in Real Time Living Systems to Accelerate Drug Discovery

Overvåking GPCR-β-arrestin1/2 interaksjoner i Real time levende systemer for å akselerere Drug Discovery

Interactions between G-protein coupled receptors (GPCRs) and &#946;-arrestins are vital processes with physiological implications of great importance. ...

Measuring Nucleotide Binding to Intact, Functional Membrane Proteins in Real Time

Måling av nukleotidbinding til intakte, funksjonelle membranproteiner i sanntid

We have developed a method to measure binding of adenine nucleotides to intact, functional transmembrane receptors in a cellular or membrane environment. ...

Enabling Real-Time Compensation in Fast Photochemical Oxidations of Proteins for the Determination of Protein Topography Changes

Muliggjør sanntidskompensasjon i raske fotokjemiske oksidasjoner av proteiner for bestemmelse av proteintopografiendringer

Fast photochemical oxidation of proteins (FPOP) is a mass spectrometry-based structural biology technique that probes the solvent-accessible surface area ...

Deciphering Molecular Mechanism of Histone Assembly by DNA Curtain Technique

Chromatin is a higher-order structure that packages eukaryotic DNA. Chromatin undergoes dynamic alterations according to the cell cycle phase and in ...

Identifying G-Quadruplexes in a DNA Template Using Chemical Mapping

In Vitro Chemical Mapping of G-Quadruplex DNA Structures by Bis-3-Chloropiperidines

Characterizing DNA G-Quadruplex by Bis-3-Chloropiperidine Based Chemical Mapping (Video) | JoVE

In vitro Kjemisk kartlegging av G-quadruplex DNA-strukturer av Bis-3-kloropiperidiner

G-quadruplexes (G4s) are biologically relevant, non-canonical DNA structures that play an important role in gene expression and diseases, representing ...