Name: real-time tracking of dna fragment separation by smartphone
Uploaded: 2017-06-01T15:00:00
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Agradecemos el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 21205078) y el Fondo de Investigación para el Programa de Doctorado de Educación Superior de China (No.20123120110002). Este trabajo fue parcialmente apoyado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo de China (2016YFB1102303), el Programa Nacional de Investigación Básica de China (973Program; 2015CB352001) y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (61378060).

1. Diseño básico del chip SGE <ol><li> Utilice cualquier plástico transparente, como polimetilmetacrilato (PMMA) o policarbonato. Nota: El chip SGE se muestra en la Figura 1B . El chip SGE consiste en agujeros cilíndricos para el buffer TBE, canales para la separación de ADN y dos carriles incrustados a lo largo de los orificios para el electrodo. </li><li> Fabricar matrices de canales SGE en el bloque PMMA usando una máquina de grabado láser. Nota: Los parámetros ge...

<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>

La electroforesis en gel de agarosa se emplea ampliamente para la separación de ADN, ARN y proteína. Este trabajo propone un nuevo método para reemplazar el tradicional protocolo de electroforesis en gel. Los resultados demuestran que las escaleras de ADN de 50, 100 y 1.000 pb se pueden separar bien en un dispositivo ensamblado de este tipo. La gran ventaja de este método es que no sólo puede separar los ácidos nucleicos con poco consumo químico, sino que también puede registrar el proceso de separación. Aunque...

<html> La electroforesis en gel de placas (SGE) es el método más eficaz para separar los fragmentos de ADN 1 , 2 , 3 , 4 , 5 y por lo tanto se considera una herramienta versátil en los análisis bioquímicos y biológicos 6 , 7 , 8 . Sin embargo, muchos experimentos indican que SGE está restringido por los siguientes cuatro problemas: (1) las separaciones toman muchas horas, e incluso días; (2) el consumo de productos químicos es muy alto; (3) requiere un aparato complicado ( por ejemplo, célula de electroforesis 2D, fuente de alimentación de electroforesis y sistema de formación de imágenes de gel); (4) el sistema de formación de imágenes de gel sólo puede observar los fragmentos de ADN separados cuando se termina el experimento. Además, el bromuro de etidio (EtBr), que se utiliza comúnmente en SGE 9 ,Ass = &quot;xref&quot;&gt; 10, es mutagénico y cancerígeno 11 , 12 . Por lo tanto, siempre se deben usar guantes al entregar geles que contienen EtBr. La electroforesis capilar (CE) tiene numerosas ventajas 13 , 14 , 15 , 16 , 17 en comparación con SGE, tales como funcionamiento automático, tiempo de separación corto y menor consumo. Sin embargo, el instrumento de la CE es bastante caro. Por lo tanto, para superar esas limitaciones, se ha desarrollado un sistema ( Figura 1 ) para la separación del ADN. Un sistema de este tipo no sólo puede reducir considerablemente el consumo de sustancias químicas y ahorrar tiempo de experimento SGE (&lt;8 min), sino que también puede realizar un seguimiento en tiempo real del proceso de separación de ADN en el gel de agarosa por teléfono inteligente. Siguiendo los procedimientos descritos en este protocolo, los estudiantes debenSer capaz de diseñar y fabricar el chip SGE, preparar el gel de agarosa en el chip, configurar un sencillo sistema SGE con un smartphone y registrar el proceso de migración de ADN en el gel de agarosa.

<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

La electroforesis en gel de placas (SGE) es el método más común para la separación de fragmentos de ADN; Por lo tanto, se aplica ampliamente al campo de la biología y otros. Sin embargo, el protocolo SGE tradicional es bastante tedioso, y el experimento lleva mucho tiempo. Además, el consumo de químicos en experimentos SGE es muy alto. Este trabajo propone un método simple para la separación de fragmentos de ADN basados ​​en un chip SGE. El chip está hecho por una máquina de grabado. Se utilizan dos láminas de plástico para las longitudes de onda de excitación y emisión de la señal óptica. La señal de fluorescencia de las bandas de ADN se recoge por teléfono inteligente. Para validar este método, se separaron escaleras de ADN de 50, 100 y 1.000 pb. Los resultados demuestran que una escala de ADN inferior a 5.000 pb puede ser resuelta en 12 minutos y con alta resolución cuando se utiliza este método, lo que indica que es un sustituto ideal para el método SGE tradicional.

<html> La Figura 4 , la Figura 5 y la Figura 6 representan un resultado típico después de la electroforesis en gel de escaleras de ADN de 50, 100 y 1.000 pb. Después del experimento, los fragmentos de ADN estaban bien separados. Además, las mismas muestras se separaron en los 4 canales del chip SGE, mostrando que fragmentos de ADN del mismo tamaño se mueven a la misma distancia en cada experimento. ...

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Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone

Seguimiento en tiempo real de la separación de fragmentos de ADN por Smartphone

Los experimentos de electroforesis en gel de placas tradicionales (SGE) requieren un aparato complicado y un alto consumo de productos químicos. Este trabajo presenta un protocolo que describe un método de bajo costo para separar los fragmentos de ADN dentro de un corto período de tiempo.

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

Ensayo de actividad polimerasa de la DNA usando la DNA etiquetado fluorescente infrarroja visualizado por electroforesis en Gel de acrilamida

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

Investigación

Bioquímica

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

Regeneración de microelectrodos de oro vestidas para un analizador en tiempo real de la célula

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

Observación en tiempo real de la reacción de intercambio de filamento de ADN mediada por 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

Reconocimiento de secuencia de ADN por ADN primas mediante perfiles de primas de alto rendimiento

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

En tiempo real, semi-automatizado de medición fluorescente de la superficie de las vías respiratorias pH líquido de las células epiteliales de las vías respiratorias humanas primarias

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

Monitoreo de las interacciones de GPCR--arrestin1/2 en sistemas de vida en tiempo real para acelerar el descubrimiento de fármacos

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

Medición de la unión de nucleótidos a proteínas de membrana intactas y funcionales en tiempo real

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

Habilitación de la compensación en tiempo real en oxidaciones fotoquímicas rápidas de proteínas para la determinación de los cambios en la topografía proteica

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 Mapeo químico de estructuras de ADN G-cuádruple por bis-3-cloropiperidinas

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