质粒抽提

更新时间:2024-10-14 19:13

质粒抽提是提取质粒DNA的方法,即去除RNA,将质粒与细菌基因组 DNA分开,去除蛋白质及其它杂质,以得到相对纯净的质粒。

实验原理

提取质粒DNA的方法有很多种,从提取产量上分可分为微量提取、中量提取、大量提取,从使用仪器上分可分为一般提取和试剂盒方法提取,从具体操作方法分可以分为碱裂解法煮沸法、牙签法等,各种不同的方法各有其优缺点,根据不同的实验目的可以采用合适的提取方法。详细内容请参考《分子克隆实验指南》。另外,复旦大学生化与分子生物学实验室一篇文章,提供了质粒提取机理的详细解说。

碱裂解法

人们使用碱与SDS裂解法从E. coli(大肠杆菌)中分离制备质粒DNA已有30多年的历史。将细菌悬浮液暴露于高pH值的强阴离子洗涤剂中,会使细胞壁破裂,染色体DNA蛋白质变性,将质粒DNA释放到上清中。

尽管碱性溶剂使碱基配对完全破坏,闭环的质粒DNA双链仍不会彼此分离,这因为它们在拓扑学上是相互缠绕的。只要OH-处理的强度和时间不要太过,当pH值恢复到中性时,DNA双链就会再次形成。在裂解过程中,细菌蛋白质、破裂的细胞壁和变性的染色体DNA会相互缠绕成大型复合物,后者被十二烷基硫酸盐包盖。当用K+取代Na+时,复合物会从溶液中有效地沉淀下来,离心除去变性剂后,就可以从上清中回收复性的质粒DNA。

在SDS存在的条件下,碱水解是一项非常灵活的技术,它对E. coli的所有菌株都适用,并且其细菌培养物的体积可以从1-500mL以上。

煮沸法

煮沸法是将细菌悬浮于含有Triton X-100和能消化细胞壁的溶菌酶缓冲液中,然后加热到100℃使其裂解。加热除了破坏细菌外壁,还有助于解开DNA链的碱基配对,并使蛋白质和染色体DNA变性。但是。闭环质粒DNA链彼此不会分离,这是因为它们的磷酸二酯骨架具有互相缠绕的拓扑结构。当温度下降后,闭环DNA的碱基又各就各位,形成超螺旋分子,离心除去变性的染色体DNA和蛋白质,就可从上清中回收质粒DNA。煮沸裂解法对于小于15kb的小质粒很有效,可用于提取少至lmL(小量制备),多至250mL(大量制备)菌液的质粒,并且对大多数的大肠杆菌菌株都适用。但对于那些经变性剂、溶菌酶及加热处理后能释放大量碳水化合物的大肠杆菌菌株,则不推荐使用该法。这是因为碳水化合物很难除去,会抑制限制酶聚合酶活性。若碳水化合物的量很大,在CsCl-溴化乙锭梯度离心中会使超螺旋质粒DNA带变得模糊不清。大肠杆菌菌株HBl01及其衍生菌株(其中包括TGl)能产生大量的碳水化合物,不适于用煮沸法裂解。

质粒小提试剂盒

用于大肠杆菌中质粒DNA的小量提取,它结合了优化的碱裂解法,以及方便快捷的硅膜离心技术,具有高效,快捷的特点,能在30min内完成全部操作。利用试剂盒能从1-5mL过夜培养的大肠杆菌菌液中纯化得到10-40μg高质量的质粒DNA(OD260/OD280=1.7-1.9),此质粒DNA可直接用于DNA序列分析,各种酶促反应PCR以及部分细胞系的转染等。

原理

其中用到三种溶液以及硅酸纤维膜(超滤柱)。 溶液Ⅰ:50 mM葡萄糖 / 25 mMTris-HCl/ 10 mMEDTA,pH 8.0;溶液Ⅱ:0.2 N NaOH / 1%SDS; 溶液Ⅲ:3 M 醋酸钾/ 2 M 醋酸/75%酒精

溶液Ⅰ

葡萄糖是使悬浮后的大肠杆菌不会快速沉积到管子的底部;EDTA是Ca2+和Mg2+等二价金属离子螯合剂,其主要目的是为了螯合二价金属离子从而达到抑制DNase的活性;可添加RNase A消化RNA。

溶液Ⅱ

此步为碱处理。其中NaOH主要是为了溶解细胞,释放DNA,因为在强碱性的情况下,细胞膜发生了从双层膜结构向微囊结构的变化。SDS与NaOH联用,其目的是为了增强NaOH的强碱性,同时SDS作为阴离子表面活性剂破坏脂双层膜。这一步要记住两点:第一,时间不能过长,因为在这样的碱性条件下基因组DNA片断也会慢慢断裂;第二,必须温柔混合,不然基因组DNA会断裂。

溶液Ⅲ

溶液III的作用是沉淀蛋白和中和反应。其中醋酸钾是为了使离子置换SDS中的离子而形成了PDS,因为十二烷基硫酸钠(sodium dodecylsulfate)遇到钾离子后变成了十二烷基硫酸钾 (potassium dodecylsulfate, PDS),而PDS是不溶水的,同时一个SDS分子平均结合两个氨基酸,钾钠离子置换所产生的大量沉淀自然就将绝大部分蛋白质沉淀了。2 M的醋酸是为了中和NaOH。基因组DNA一旦发生断裂,只要是50-100 kb大小的片断,就没有办法再被 PDS共沉淀了,所以碱处理的时间要短,而且不得激烈振荡,不然最后得到的质粒上总会有大量的基因组DNA混入,琼脂糖电泳可以观察到一条浓浓的总DNA条带。75%酒精主要是为了清洗盐份和抑制Dnase;同时溶液III的强酸性也是为了使DNA更好地结合在硅酸纤维膜上

质粒抽提步骤

Ⅰ.使用质粒提取试剂盒提取质粒时请参考具体试剂盒的操作说明。如Omega公司的E.Z.N.A.® Plasmid Mini Kit I, Q(capless) Spin(质粒提取盒)。

Ⅱ.碱裂解手提法:此方法适用于小量质粒DNA的提取,提取的质粒DNA可直接用于酶切、PCR扩增银染序列分析。方法如下:

1:接1%含质粒的大肠杆菌细胞于2mlLB培养基

2:37℃振荡培养过夜。

3:取1.5ml菌体于Ep管(离心管),以4000rpm离心3min,弃上清液

4:加0.lml溶液I(1%葡萄糖,50mM/LEDTApH8.0,25mM/LTris-HClpH8.0)充分混合。

5:加入0.2ml溶液II(0.2mM/LNaOH,1%SDS),轻轻翻转混匀,置于冰浴5min.

6:加入0.15ml预冷溶液III(5mol/LKAc,pH4.8),轻轻翻转混匀,置于冰浴5min.

7:以10,000rpm离心20min,取上清液于另一新Ep管

8:加入等体积的异丙醇,混匀后静置10min.

9:以10,000rpm离心20min,弃上清。

10:用70%乙醇0.5ml洗涤一次,抽干所有液体。

11:待沉淀干燥后,溶于50ulTE缓冲液中(或60℃温育去离子水

抽提窍门

1:加溶液II(裂解液)后,操作一定要温和,剧烈混合会导致基因组DNA污染。

2:洗脱时60℃温育(Ellution Buffer)洗脱缓冲液或去离子水效果更好。

3:若质粒提取含量低,可增加菌液样或换用ArtMedia Plasmid Culture,其比LB培养基质粒得量高

4:菌体应彻底悬浮 , 如果没有彻底悬浮菌体,则残留的菌体团块在溶液 II 加入后,变成难以完全裂解的团块。这个团块在溶液 III 加入后,会有一部分蛋白质继续存在于溶液中,成为蛋白质残留的最大根源。

5:加入溶液 II 后,混匀,体系最好能立即变得清澈。体系如果变得清澈了,马上加入溶液 III 中和。

6:中和的操作 ,在 1.5ml 离心管中加入溶液 III 后,先颠倒两次,使管底朝上,用指头弹击管底数次,再颠倒混匀。效果非常好。

注意事项

降低RNA残留的方法

RNA 的去除,首先是使用 RNase 消化。在溶液 I 中加入高浓度的 RNase A (100ug/ml),或者用含 25ug RNase A/ml TE 溶解抽提好的质粒,都可以降低 RNA 残留,但都不能彻底去除。幸运的是,RNA 的残留并不影响酶切等最常用的用途。如果想彻底去除 RNA 残留,可以用试剂盒,或者使用对 4 个碱基都作用的 RNase。

降低gDNA残留的方法

gDNA 的残留问题,必须在抽提过程中解决,否则,就只能用胶回收方法处理了。gDNA 越大,越难于复性,也就越容易被去除;所以,一定要尽可能不打断 gDNA。裂解体系越粘稠,gDNA 越容易被扯断;操作手法越重,gDNA 也越容易被打断。温和操作,使用相对过剩的试剂,是降低 gDNA 残留的最好方法。

降低蛋白质残留的方法

蛋白质的去除,主要是靠不溶解的 K-SDS-蛋白质复合物的形成。虽然将中和后的体系置于 4C 一段时间,可以形成更多的该不溶复合物,从而使蛋白质残留更少,但实践证明这样做并不是必须的,除非是大量抽提。只要加入溶液 I 后的悬浮,加入溶液 II 后的裂解及加入溶液 III 后的中和是均匀彻底的,蛋白质的残留就应该在可以满足实验要求的水平;而只有溶液的用量足够,甚至过剩,才能确保裂解和中和是彻底的。当然,试剂盒及苯酚的使用,是可以更进一步降低蛋白质的残留的。

降低质粒Nick的方法

细菌收获时间,菌株的选择,抽提操作的剧烈程度是影响 Nick 的三个主要因素。细菌收获过早,质粒还在复制过程中,Nick 的比例较高;过晚,细菌开始死亡,杂质会比较多。如果使用胞内酶含量很高的宿主菌,会出现较高比例的 Nick。加入溶液 II 及加入溶液 III 的混匀操作,也可以导致一些 Nick,但影响不会比前两者大。

降低变性超螺旋的方法

理论上,用碱裂解法抽提质粒,变性超螺旋的出现是不可避免的。之所以大家没有非常在意,一是因为它的存在似乎对酶反应没有任何影响,二是因为它的含量并不一定高到被用电泳观察到。抽提使用相对过剩的溶液,在加入溶液 II 后,体系能在 1 分钟内变澄清,再快速加入溶液 III,这样基本上能将变性超螺旋的出现控制在电泳看不见的水平。 (变性超螺旋电泳时比正常超螺旋跑得快一点点。)

关于质粒多聚体

QIAGEN 提供了一个没有进一步解释的观察:从有些宿主菌中抽提质粒 (pTZ19),电泳能发现很多条带;但使用单酶切后,仍然变成一条带,大小正好是线性单质粒的大小。根据这一观察,可以推理如下:那些大的条带(质粒多聚体)是由完整的单质粒“粘”在一起形成的,而不是我的一条链与你的一条链复性在一起;第二,这种“粘”只是部分的,否则酶切会有问题;第三,这种“粘”是脆弱的,线性后的刚性足以打破它。如果是这样,质粒多聚体的出现与质粒的结构及序列有关,可以不管它(也管不了),因为它不影响酶切,或者说,即使质粒多聚体切不动,也不会影响太大。总之,碰到这种情况,不要简单地认为有问题,而是应该一步一步往下做,但一定要做完一步,检测一次,看一看结果与预期的吻合程度。

提高得率的方法

利用氯霉素抑制染色体的复制,而不抑制质粒的复制这一特点,在低拷贝质粒(如pUC19)的培养过程中添加氯霉素可以大大提高得率。

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