[go: up one dir, main page]

RU2753768C1 - Dna extraction kit - Google Patents

Dna extraction kit Download PDF

Info

Publication number
RU2753768C1
RU2753768C1 RU2020140964A RU2020140964A RU2753768C1 RU 2753768 C1 RU2753768 C1 RU 2753768C1 RU 2020140964 A RU2020140964 A RU 2020140964A RU 2020140964 A RU2020140964 A RU 2020140964A RU 2753768 C1 RU2753768 C1 RU 2753768C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dna
kit
isolation
buffer based
trilon
Prior art date
Application number
RU2020140964A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Евтушенко
Дмитрий Николаевич Майстренко
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение «Российский Научный Центр Радиологии И Хирургических Технологий Имени Академика А.М. Гранова» Министерства Здравоохранения Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение «Российский Научный Центр Радиологии И Хирургических Технологий Имени Академика А.М. Гранова» Министерства Здравоохранения Российской Федерации filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение «Российский Научный Центр Радиологии И Хирургических Технологий Имени Академика А.М. Гранова» Министерства Здравоохранения Российской Федерации
Priority to RU2020140964A priority Critical patent/RU2753768C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753768C1 publication Critical patent/RU2753768C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to medicine and is a set for extracellular DNA extraction consisting of a binding buffer based on 5.5 M guanidine thiocyanate, 5 mM Trilon B, 10 mM Tris-HCl pH 8.0, a washing buffer based on 80% ethanol and an eluting buffer based on 10 mM Tris-HCl and 1 mM Trilon B with pH 8.5, a DNA-affine polypeptide (thermal polylysine with a molecular weight of 10-30 kilodaltons) and suspensions of sorbent: magnetite particles coated with a layer of silica gel, with a total diameter of 1.5 microns.EFFECT: invention makes it possible to increase the yield of extracellular DNA from biological fluids, provides the purity of the released DNA and reduces the time of its isolation.1 cl, 2 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к биохимическим исследованиям биологических объектов, и может найти применение в диагностике злокачественных, вирусных и наследственных заболеваний.The invention relates to medicine, namely to biochemical studies of biological objects, and can be used in the diagnosis of malignant, viral and hereditary diseases.

В последние годы интенсивно разрабатывается новый подход персонализированной оценки рисков заболеваний - так называемая "жидкая биопсия" - малоинвазивная, ранняя диагностика опухолей, неонкологических патологий, а также пренатальная диагностика на основе генетического анализа внеклеточной, так называемой "свободно циркулирующей внеклеточной ДНК" (вкДНК). Главное достоинство разрабатываемой платформа "жидкой биопсии" - малая инвазивность взятия биологического образца. Ключевым моментом и сложностью этого подхода является необходимость эффективного выделения сверхмалых количеств внеклеточной ДНК, измеряемых нанограммами на миллилитр из биологических жидкостей содержащих большое количество белка, в миллионы раз превышающего количество вкДНК. Наборы, широко используемые для выделения геномной ДНК из тканей и клеток для этих целей, не подходят, так как в процессе выделение вкДНК теряется. In recent years, a new approach to personalized disease risk assessment has been intensively developed - the so-called "liquid biopsy" - minimally invasive, early diagnosis of tumors, non-oncological pathologies, as well as prenatal diagnostics based on genetic analysis of extracellular, so-called "free circulating extracellular DNA" (cfDNA). The main advantage of the "liquid biopsy" platform being developed is the low invasiveness of taking a biological sample. The key point and complexity of this approach is the need to efficiently isolate ultra-small amounts of extracellular DNA, measured in nanograms per milliliter, from biological fluids containing a large amount of protein, millions of times higher than the amount of cfDNA. The kits widely used for the isolation of genomic DNA from tissues and cells are not suitable for these purposes, since cfDNA is lost during the isolation process.

Существующие коммерческие наборы (QIAGEN, Zymo, Applied Biosystems, Invitrogen, Macherey-Nagel) для выделения вкДНК основаны на предварительном ферметативном удаление избытка белка протеиназой К в буфере, содержащем детергент додецилсульфат натрия, с последующим связыванием депротеинизированной вкДНК с силикагелем (или магнитными частицами, покрытыми слоем силикагеля) в присутствии высоких концентраций гуанидинтиоцианата (ГТЦ), для чего к исходному объему сыворотки добавляют 2-3 объема раствора ГТЦ, что существенно увеличивает исходный объем биожидкости и снижает эффективность выделения вкДНК, а кроме того, крайне неудобно для последующих манипуляций с большими объемами жидкости, требующими перехода от стандартных пробирок и центрифуг для процессирования проб объемом 1,5 мл к более дорогим центрифугам, работающим в диапазоне 15-50 мл. Использование протеиназы К и добавлений 2-3-кратных объемов связывающего раствора лежит в основе всех существующих в настоящее время коммерческих наборов для выделения внеклеточной ДНК из биологических жидкостей QIAamp Circulating Nucleic Acid kit (Qiagen), MagMAX Cell-Free DNA Isolation Kit (Applied Biosystems), Quick-cfDNA Serum & Plasma Kit (ZYMO Research), PME Free-Circulating DNA Extraction Kit and PME Free-Circulating DNA (Analyti Jena, AG), Apostle MiniMax™ High Efficiency Cell-Free DNA Isolation Kit (Beckman Coulter).Existing commercial kits (QIAGEN, Zymo, Applied Biosystems, Invitrogen, Macherey-Nagel) for isolation of cfDNA are based on the preliminary enzymatic removal of excess protein by proteinase K in a buffer containing the detergent sodium dodecyl sulfate, followed by the binding of deproteinized cfDNA with magnetic silica gel layer of silica gel) in the presence of high concentrations of guanidine thiocyanate (GTC), for which 2-3 volumes of GTC solution are added to the initial volume of serum, which significantly increases the initial volume of biofluid and reduces the efficiency of cfDNA isolation, and in addition, it is extremely inconvenient for subsequent manipulations with large volumes liquids requiring a switch from standard 1.5 ml sample tubes and centrifuges to more expensive centrifuges operating in the 15-50 ml range. The use of Proteinase K and additions of 2-3 fold volumes of binding solution forms the basis of all currently available commercial kits for the isolation of extracellular DNA from biological fluids QIAamp Circulating Nucleic Acid kit (Qiagen), MagMAX Cell-Free DNA Isolation Kit (Applied Biosystems) , Quick-cfDNA Serum & Plasma Kit (ZYMO Research), PME Free-Circulating DNA Extraction Kit and PME Free-Circulating DNA (Analyti Jena, AG), Apostle MiniMax ™ High Efficiency Cell-Free DNA Isolation Kit (Beckman Coulter).

Наиболее часто используемым и близким к предлагаемому является набор QIAamp Circulating Nucleic Acid kit компании Qiagen (QIAamp Circulating Nucleic Acid Handbook, October 2019. QIAGEN), который взят нами в качестве прототипа. The most commonly used and close to the proposed one is the QIAamp Circulating Nucleic Acid kit from Qiagen (QIAamp Circulating Nucleic Acid Handbook, October 2019. QIAGEN), which we have taken as a prototype.

В состав прототипа входят следующие компоненты: раствор протеиназы К, лиофилизированная РНК для блока неспецифической сорбции мембраны колонок, 5 буферных растворов (лизисный, связывающий (5,5 М гуанидинтиоцианата, 5 мМ Трилона Б, 10 мМ Трис-HCl pH 8,0), первый отмывочный (гуанидинхлорид), второй отмывочный (80% этанола) и элюирующий (10 мМ Трис-HCl и 1 мМ Трилона Б с pH 8,5), колонки с ДНК-связывающей мембраной, а также насадки на колонки, позволяющие фильтровать объемы жидкости 2-10 мл, соединители колонок и приемника, собственно приемник элюата и вакуумный насос для просасывания разбавленного элюата через мембрану колонки. Набор позволяет выделять внеклеточную ДНК из плазмы крови или мочи с высоким выходом. The prototype includes the following components: proteinase K solution, lyophilized RNA for a block of non-specific sorption of the column membrane, 5 buffer solutions (lysis, binding (5.5 M guanidine thiocyanate, 5 mM Trilon B, 10 mM Tris-HCl pH 8.0), the first wash (guanidine chloride), the second wash (80% ethanol) and elution (10 mM Tris-HCl and 1 mM Trilon B with pH 8.5), columns with a DNA-binding membrane, as well as column packings that allow you to filter volumes of liquid 2-10 ml, column and receiver connectors, the actual eluate receiver and a vacuum pump for sucking diluted eluate through the column membrane The kit allows for the isolation of extracellular DNA from blood plasma or urine in high yield.

Согласно протоколу набора-прототипа, в каждую пробу плазмы крови добавляется синтетическая РНК в количестве 1120 нг для блокировки неспецифической сорбции ДНК мембраной колонки. Внесенная в пробу РНК выделяется вместе с искомой внеклеточной ДНК. Любая примесь в очищенном препарате ДНК крайне нежелательна, так как может ингибировать активность термополимеразы, снижая, таким образом, эффективность ПЦР анализа. According to the prototype kit protocol, 1120 ng of synthetic RNA is added to each blood plasma sample to block nonspecific DNA sorption by the column membrane. The RNA introduced into the sample is isolated along with the desired extracellular DNA. Any impurity in the purified DNA preparation is extremely undesirable, since it can inhibit the activity of thermopolymerase, thus reducing the efficiency of PCR analysis.

Использование в наборе-прототипе ферментативной деградации белка с помощью протеиназы К и специального лизирующего буфера для удаления избытка белка плазмы приводит к дополнительному разбавлению пробы и удлинению процедуры выделения ДНК. The use in the prototype kit of enzymatic degradation of protein using proteinase K and a special lysis buffer to remove excess plasma protein leads to additional dilution of the sample and lengthening of the DNA extraction procedure.

Также существенным ограничением набора прототипа является то, что процессируемый максимальный объем пробы по протоколу компании Qiagen, не превышает 5 мл для плазмы и для 4 мл мочи. Это особенно ограничивает выделение необходимого для последующего анализа количества вкДНК из мочи, где часто требуется выделять из объема 30-40 мл. Also, a significant limitation of the prototype kit is that the processed maximum sample volume according to the Qiagen protocol does not exceed 5 ml for plasma and 4 ml of urine. This especially limits the isolation of the amount of cfDNA required for subsequent analysis from urine, where it is often required to isolate from a volume of 30–40 ml.

Набор-прототип требует использования фильтрующих колонок, насадок к колонкам для увеличения объема фильтруемой жидкости, фильтрующего приемника элюата, вакуумного насоса, термостата и центрифуги, то есть является ресурсоемким и трудоемким. По этой причине количество проб, одновременно процессируемых с помощью прототипа ограничен количеством приемников колонок фильтрующего устройства и составляет 24 образца, что недостаточно при рутинном анализе большого количества образцов. The prototype kit requires the use of filter columns, column packings for increasing the volume of filtered liquid, a filtering receiver of the eluate, a vacuum pump, a thermostat and a centrifuge, that is, it is resource-intensive and labor-intensive. For this reason, the number of samples simultaneously processed using the prototype is limited by the number of receivers of the columns of the filtering device and amounts to 24 samples, which is insufficient for routine analysis of a large number of samples.

В связи с вышеизложенным, процедура выделения ДНК набором прототипом достаточно трудоемкая и длительная, она занимает по данным компании разработчика прототипа 2-3 часа, а также выделенная ДНК в существенной мере имеет примеси синтетической РНК и примесь белка. In connection with the foregoing, the procedure for isolating DNA with a prototype kit is quite laborious and time-consuming, it takes 2-3 hours, according to the prototype developer's company, and the isolated DNA also has an admixture of synthetic RNA and an admixture of protein.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении выхода внеклеточной ДНК из биологических жидкостей, чистоты выделяемой ДНК, а также сокращении времени ее выделения. The technical result of the present invention is to increase the yield of extracellular DNA from biological fluids, the purity of the extracted DNA, and also to reduce the time of its isolation.

Этот результат достигается тем, что в известном наборе для выделения ДНК, состоящем из связывающего буфера на основе 5,5 М гуанидинтиоцианата, 5 мМ Трилона Б, 10 мМ Трис-HCl pH 8,0, отмывочного буфера на основе 80% этанола и элюирующего буфера на основе 10 мМ Трис-HCl и 1 мМ Трилона Б с pH 8,5, согласно изобретению, дополнительно набор содержит ДНК-аффинный полипептид (термический полилизин с молекулярной массой 10-30 килодальтон) и суспензию сорбента - частиц магнетита, покрытых слоем силикагеля, общим диаметром 1,5 микрона. This result is achieved by the fact that in a known kit for DNA isolation, consisting of a binding buffer based on 5.5 M guanidine thiocyanate, 5 mM Trilon B, 10 mM Tris-HCl pH 8.0, a wash buffer based on 80% ethanol and an elution buffer based on 10 mM Tris-HCl and 1 mM Trilon B with pH 8.5, according to the invention, the kit additionally contains a DNA-affinity polypeptide (thermal polylysine with a molecular weight of 10-30 kilodaltons) and a suspension of a sorbent - magnetite particles coated with a layer of silica gel, with a total diameter of 1.5 microns.

На сегодняшний день в протоколах известных наборов для выделения ДНК используется стадия ферментативного разрушения белка (гидролиз протеиназой К) с последующим разбавлением исходной пробы лизисным и связывающим растворами. Это приводит к разбавлению пробы и снижению выхода внеклеточной ДНК, а также к усложнению и удлинению процедуры выделения. To date, the protocols of known kits for DNA isolation use the stage of enzymatic degradation of the protein (hydrolysis by proteinase K), followed by dilution of the original sample with lysis and binding solutions. This leads to a dilution of the sample and a decrease in the yield of extracellular DNA, as well as to the complication and lengthening of the isolation procedure.

В связи с этим мы попробовали применить метод выделения ДНК, основанный на аффинном связывании ДНК с термическим полипептидом с полилизином и осаждения комплекса ДНК-полилизин центрифугированием. In this regard, we tried to apply the method of DNA extraction based on affinity binding of DNA with a thermal polypeptide with polylysine and precipitation of the DNA-polylysine complex by centrifugation.

Использование в наборе раствора ДНК-аффинного пептида (термического полилизина с молекулярной массой 10-30 килодальтон), который составляет 1/10 часть от исходного объема пробы, обеспечивает связывание ДНК в биологической жидкости. Что позволяет сконцентрировать ДНК и отделить ее от избытка белков биологических жидкостей с последующим осаждением комплекса ДНК-пептид центрифугированием. The use in the kit of a solution of DNA-affinity peptide (thermal polylysine with a molecular weight of 10-30 kilodaltons), which is 1/10 of the initial sample volume, provides DNA binding in a biological fluid. That allows you to concentrate DNA and separate it from excess proteins in biological fluids, followed by precipitation of the DNA-peptide complex by centrifugation.

Таким образом, вместо процедуры ферментативной обработки пробы и её существенного разбавления лизисным, а затем и связывающим буферами, мы путем одной быстрой процедуры получили концентрированный в виде осадка и очищенный от белка биологической жидкости комплекс вкДНК-полилизин. Thus, instead of the enzymatic treatment of the sample and its substantial dilution with lysis and then binding buffers, we obtained a cfDNA-polylysine complex concentrated in the form of a precipitate and purified from the protein of the biological fluid in one quick procedure.

Суспензия сорбента - частиц магнетита, покрытых слоем силикагеля, общим диаметром 1,5 микрона не обладает неспецифической сорбцией ДНК. Это позволяет исключить использование синтетической РНК и что, в конечном счете, обеспечивает более высокую чистоту искомого препарата ДНК. А при добавлении связывающего буфера и суспензии сорбента к осадку комплекса ДНК-полилизин, происходит его диссоциация, связывание ДНК с сорбентом и высвобождение термического полилизина в водную фазу. Suspension of a sorbent - magnetite particles covered with a layer of silica gel, with a total diameter of 1.5 microns, does not exhibit nonspecific DNA sorption. This makes it possible to exclude the use of synthetic RNA and which, ultimately, provides a higher purity of the desired DNA preparation. And when the binding buffer and the suspension of the sorbent are added to the precipitate of the DNA-polylysine complex, its dissociation occurs, the DNA binds to the sorbent, and the thermal polylysine is released into the aqueous phase.

Все это позволяет существенно время выделения ДНК и повысить ее выход и чистоту.All this allows a significant time of DNA isolation and to increase its yield and purity.

Состав набора для выделения ДНК: DNA isolation kit contains:

Набор состоит из 4-х растворов и суспензии сорбента, каждый из которых находится в отдельной пробирке и добавляется отдельно в реакционную смесь в соответствии с нижеприведенной методикой выделения ДНК, а также инструкции по выделению ДНК. Пробирки с ингредиентами набора находятся в картонной коробке с ячейками для их вертикального расположения. The kit consists of 4 solutions and a suspension of the sorbent, each of which is in a separate test tube and is added separately to the reaction mixture in accordance with the DNA extraction procedure below, as well as instructions for DNA extraction. The test tubes with the ingredients of the kit are in a cardboard box with cells for their vertical position.

Набор имеет следующий состав.The set has the following composition.

1. ДНК-аффинный полипептид (термический полилизин с молекулярной массой 10-30 килодальтон) - 50 мл.1. DNA-affinity polypeptide (thermal polylysine with a molecular weight of 10-30 kilodaltons) - 50 ml.

2. Связывающий буфер (5,5 М гуанидинтиоцианат, 5 мМ Трилон Б, 10 мМ Трис-HCl pH 8,0) – 50 мл.2. Binding buffer (5.5 M guanidine thiocyanate, 5 mM Trilon B, 10 mM Tris-HCl pH 8.0) - 50 ml.

3. Отмывочный буфер (80% этанол) - 50 мл. 3. Wash buffer (80% ethanol) - 50 ml.

4. Элюирующий буфер (10 мМ Трис-HCl и 1 мМ Трилона Б с рН 8,5) -1 мл. 4. Elution buffer (10 mM Tris-HCl and 1 mM Trilon B with pH 8.5) -1 ml.

5. Сорбент (10% суспензия магнетита, покрытого слоем силикагеля с размером частиц 1,5-2 мкм в растворе 0.5 М хлористого натрия) - 2 мл.5. Sorbent (10% suspension of magnetite, covered with a layer of silica gel with a particle size of 1.5-2 microns in a solution of 0.5 M sodium chloride) - 2 ml.

Примеры использования набораExamples of using the set

Пример 1Example 1

Для иллюстрации получения геномной ДНК приводим пример №1 - выделение ДНК из клеток крови человека с использованием данного набора. Осадок белых клеток крови, полученных из 1 мл цельной крови, растворяли в 20 мкл лизисного буфера, после чего добавляли 100 мкл связывающего буфера, смесь перемешивали и добавляли 30 мкл суспензии сорбента, вновь перемешивали и оставляли на 10 мин при комнатной температуре, после чего добавляли 0,5 мл отмывочного буфера, перемешивали и центрифугировали при 5000 об/мин в течение 1 мин. Супернатант тщательно отбирали и отбрасывали, а к осадку добавляли 30 мкл элюирующего буфера, смесь пипетировали и помещали на 20 мин в водяную баню при +60°C, после чего центрифугировали при 5000 об/мин в течение 1 мин. Отбирали содержащий ДНК супернатант и измеряли концентрацию ДНК с помощью флуориметра. Выход обычно составлял 5-20 нг ДНК из 1 мл плазмы крови, что соответствует максимальной величине. Технический результат настоящего изобретения состоит в упрощении и ускорении получения внеклеточной ДНК из биологических жидкостей (плазма крови, моча, слюна) за счет связывания, агрегации и осаждения ДНК. Этот результат достигается тем, что в известном способе получения ДНК, включающем добавление к 1 части биологической жидкости 0,1 части раствора термального полилизина (10 мг/мл), тщательном перемешивании смеси в течение 10 мин и осаждения комплекса ДНК-термальный полилизин центрифугированием при 14 000 g в течение 5 минут. To illustrate the production of genomic DNA, we give example No. 1 - isolation of DNA from human blood cells using this kit. The precipitate of white blood cells obtained from 1 ml of whole blood was dissolved in 20 μL of lysis buffer, after which 100 μL of binding buffer was added, the mixture was stirred and 30 μL of the sorbent suspension was added, stirred again and left for 10 min at room temperature, after which 0.5 ml of wash buffer, mixed and centrifuged at 5000 rpm for 1 min. The supernatant was carefully collected and discarded, and 30 μL of elution buffer was added to the sediment, the mixture was pipetted and placed in a water bath at + 60 ° C for 20 min, after which it was centrifuged at 5000 rpm for 1 min. Was selected containing DNA supernatant and measured the concentration of DNA using a fluorometer. The yield was usually 5-20 ng of DNA from 1 ml of blood plasma, which corresponds to the maximum value. The technical result of the present invention is to simplify and accelerate the production of extracellular DNA from biological fluids (blood plasma, urine, saliva) by binding, aggregating and precipitating DNA. This result is achieved by the fact that in the known method for obtaining DNA, including the addition of 0.1 part of a solution of thermal polylysine (10 mg / ml) to 1 part of a biological fluid, thoroughly stirring the mixture for 10 min and precipitation of the DNA-thermal polylysine complex by centrifugation at 14 000 g for 5 minutes.

На рисунке 1 представлена сравнительная эффективность выделения внеклеточной ДНК из плазмы крови набором-прототипом Qiagen - QIAamp Circulating Nucleic Acid kit (рис. 1 А) и нашим набором (рис.1 Б), оцененные методом флуоресценции (набор реагентов Qubit dsDNA HS Assay Kit и флуориметр Qubit 4) и количественной ПЦР (ABI 7500 Fast Real Time PCR). Флуоресцентный метод показал, что оба набора выделяют одинаковое в пределах погрешности измерений количество ДНК, тогда как функциональный тест - количественная ПЦР оказал, что наш набор выделяет на 34,6% больше ДНК, что может быть связано с наличием ингибиторов полимеразы в препарате ДНК полученным с помощью набора Qiagen, либо с различиями состава популяции ДНК полученных двумя наборами. Для проверки этого мы проверили спектры ДНК выделенных этими наборами. Так как внеклеточная ДНК биожидкостей сильно деградирована и ее размер составляет порядка 150 пар оснований и менее, очень важным является эффективность выделения коротких фрагментов менее 100 пар оснований (п.о.). Эффективность выделения наборов оценивали, используя в качестве реперной ДНК смесь низкомолекулярных фрагментов ДНК разной длины известного размера (Ultra Low Range DNA ladder, Thermo Fisher), добавленных в мочу перед выделением нашим набором и набором Qiagen относительно исходной смеси фрагментов ДНК. Figure 1 shows the comparative efficiency of extracellular DNA isolation from blood plasma using the Qiagen prototype kit - QIAamp Circulating Nucleic Acid kit (Fig.1A) and our kit (Fig.1B), assessed by the fluorescence method (Qubit dsDNA HS Assay Kit and Qubit 4 fluorometer) and quantitative PCR (ABI 7500 Fast Real Time PCR). The fluorescence method showed that both kits release the same amount of DNA within the measurement error, while the functional test - quantitative PCR showed that our kit releases 34.6% more DNA, which may be due to the presence of polymerase inhibitors in the DNA preparation obtained with using the Qiagen kit, or with differences in the composition of the DNA population obtained with the two kits. To verify this, we checked the spectra of the DNA extracted with these kits. Since the extracellular DNA of biofluids is highly degraded and its size is about 150 base pairs or less, the efficiency of isolation of short fragments less than 100 base pairs (bp) is very important. The efficiency of isolation of the kits was assessed using a mixture of low molecular weight DNA fragments of different lengths of known size (Ultra Low Range DNA ladder, Thermo Fisher) as a reference DNA, added to the urine before isolation with our kit and the Qiagen kit relative to the original mixture of DNA fragments.

После выделения из мочи ДНК разделяли электрофорезом в 10% полиакриламидном геле, окрашивали флуоресцентным красителем SYBR Green, фотографировали в УФ-свете и площади пиков оцифровывали (программа ImageQuant 7.0, Cytiva). After isolation from urine, DNA was separated by electrophoresis in 10% polyacrylamide gel, stained with SYBR Green fluorescent dye, photographed in UV light, and the peak areas were digitized (ImageQuant 7.0 software, Cytiva).

Таблица 1
Эффективность выделения фрагментов ДНК разной длины
Table 1
Efficiency of isolation of DNA fragments of different lengths
Длина фрагмента ДНКDNA fragment length Эффективность
Наш набор (А)
Efficiency
Our set (A)
Эффективность
Набор Qiagen (Б)
Efficiency
Qiagen set (B)
100 п.о.100 bp 100%100% 100%100% 75 п.о.75 bp 98.7%98.7% 69.9%69.9% 50 п.о.50 bp 55.9%55.9% 34.9%34.9% 35 п.о.35 bp 35.3%35.3% 0.4%0.4%

Результаты суммированы в Таблице 1, они свидетельствуют о том, что оба набора с одинаковой эффективностью выделяют фрагменты ДНК размером 100 пар оснований, фрагменты ДНК размером 75 п.о. выделяются нашим набором на 30% больше чем Qiagen, разница еще ощутимее при рассмотрении результатов выделения фрагмента 50 п.о., а фрагменты ДНК размером 35 п.о. набор Qiagen практически не выделяет, тогда как наш набор извлекает 35,3% этих фрагментов.The results are summarized in Table 1, they indicate that both kits with equal efficiency isolate DNA fragments of 100 base pairs, DNA fragments of 75 bp. are distinguished by our kit by 30% more than Qiagen, the difference is even more noticeable when considering the results of isolation of a fragment of 50 bp, and DNA fragments of 35 bp in size. the Qiagen kit barely extracts, whereas our kit extracts 35.3% of these fragments.

Важным критерием чистоты полученной с помощью набора вкДНК, является величина примеси белка и РНК. На рис.2 представлены результаты количественного измерения белка с помощью высокочувствительного флуоресцентного метода Qubit Protein Assay Kit и флуориметра Qubit 4 (Invitrogen). Содержание белка в препарате вкДНК из плазмы крови, выделенной набором компании Qiagen (рис. 2 А) составило 4,9 мкг, тогда как в препарате вкДНК из плазмы крови выделенным нашим методом примесь белка была в 2 раза меньше и составила 2,4 мкг (рис. 2 Б).An important criterion for the purity of the cfDNA obtained using the kit is the amount of protein and RNA admixture. Figure 2 shows the results of quantitative protein measurement using the highly sensitive Qubit Protein Assay Kit fluorescence method and the Qubit 4 fluorometer (Invitrogen). The protein content in the cfDNA preparation from blood plasma isolated by the Qiagen kit (Fig. 2A) was 4.9 μg, while in the cfDNA preparation from blood plasma isolated by our method, the protein impurity was 2 times less and amounted to 2.4 μg ( Fig. 2 B).

Содержание примесной РНК в препаратах вкДНК измеряли высоко чувствительным и специфичным флуоресцентным методом Qubit RNA HS Assay Kit (Invitrogen). В препаратах вкДНК, выделенных нашим набором примеси РНК не детектировались, тогда как все препараты вкДНК, выделенные набором компании Qiagen содержали примесь РНК порядка 770 нг, что связано с тем, что согласно протоколу компании, в каждую пробу плазмы крови добавляется синтетическая РНК в количестве 1120 нг (QIAamp Circulating Nucleic Acid Handbook, October 2019. QIAGEN). Таким образом, по параметрам чистоты наш набор позволяет получить более высокоочищенную вкДНК, по сравнению с набором компании QIAGEN.The content of impurity RNA in cfDNA preparations was measured by the highly sensitive and specific fluorescence method Qubit RNA HS Assay Kit (Invitrogen). In the cfDNA preparations isolated by our kit, no RNA impurities were detected, while all cfDNA preparations isolated by the Qiagen kit contained an RNA impurity of about 770 ng, which is due to the fact that, according to the company's protocol, synthetic RNA is added to each blood plasma sample in the amount of 1120 ng (QIAamp Circulating Nucleic Acid Handbook, October 2019. QIAGEN). Thus, in terms of purity, our kit allows for a more highly purified cfDNA compared to the kit from QIAGEN.

Процедура выделения ДНК набором QIAGEN составляет 2-3 часа, тогда как наша заканчивается в пределах 1 часа, при этом, она не включает стадии ферментативной деградации белка в пробе с помощью протеиназы К, не требует добавления синтетической РНК для блокировки неспецифической сорбции мембраны колонки. Набор QIAGEN требует использования фильтрующих колонок, насадок к колонкам для увеличения объема фильтруемой жидкости, фильтрующего приемника элюата, вакуумного насоса, термостата и центрифуги, тогда как инструментарий нашего набора ограничивается центрифугой и термостатом. По этой причине максимальный объем пробы, процессируемый набором QIAGEN не превышает 5 мл плазмы и 4 мл мочи, тогда как максимальный объем пробы, процессируемый нашим набором составляет 45 мл, то есть в 9-11 раз больше и не зависит от природы биологической жидкости. Количество проб, одновременно процессируемых с помощью набора QIAGEN ограничен количеством приемников колонок фильтрующего устройства и составляет 24 образца, тогда как формат нашего набора – сорбент в суспензии – позволяет проводить одновременное выделение 36 и более образцов. The procedure for DNA isolation with the QIAGEN kit takes 2-3 hours, while ours ends within 1 hour, while it does not include the stage of enzymatic degradation of the protein in the sample using proteinase K, does not require the addition of synthetic RNA to block nonspecific sorption of the column membrane. The QIAGEN kit requires the use of filter columns, column packings for increasing the volume of filtered liquid, a filter eluate receiver, a vacuum pump, an oven and a centrifuge, while our kit's instruments are limited to a centrifuge and an oven. For this reason, the maximum sample volume processed by the QIAGEN kit does not exceed 5 ml of plasma and 4 ml of urine, while the maximum sample volume processed by our kit is 45 ml, that is, 9-11 times more and does not depend on the nature of the biological fluid. The number of samples processed simultaneously using the QIAGEN kit is limited by the number of column receivers of the filtering device and amounts to 24 samples, while the format of our kit - sorbent in suspension - allows the simultaneous extraction of 36 or more samples.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый набор обеспечивает высокий выход внеклеточной ДНК, соответствующий прототипу, при этом время выделения ДНК в 2-3 раза короче, чем у прототипа, на связан с двукратным разведением пробы как у прототипа, что позволяет выделять вкДНК из объемов до 45 мл, не требует использования фильтрующим колонок, насадок и насоса, а также высокую степень чистоты ДНК, что позволяет использовать ее в медицинской практике для диагностических целей. As can be seen from the above examples, the proposed kit provides a high yield of extracellular DNA corresponding to the prototype, while the DNA extraction time is 2-3 times shorter than that of the prototype, it is not associated with a two-fold dilution of the sample as in the prototype, which makes it possible to isolate cfDNA from volumes up to 45 ml, does not require the use of filter columns, nozzles and a pump, as well as a high degree of DNA purity, which allows it to be used in medical practice for diagnostic purposes.

Предлагаемый набор, по сравнению с известными, имеет ряд существенных преимуществ:The proposed set, in comparison with the known ones, has a number of significant advantages:

1. Использование вместо ферментативной деградации белка в пробе ДНК-осаждающего агента (термический полилизин) обеспечивает получение более чистых препаратов ДНК по сравнению с прототипом. 1. The use of a DNA-precipitating agent (thermal polylysine) instead of enzymatic degradation of the protein in the sample provides for obtaining more pure DNA preparations in comparison with the prototype.

2. Использование ДНК-аффинного полипептида (термического полилизина) обеспечивает получение более высококачественных препаратов внеклеточной ДНК, обогащенных фрагментами ДНК с более низкой молекулярной массой, которые теряются при выделении прототипом. 2. The use of a DNA-affinity polypeptide (thermal polylysine) provides higher quality extracellular DNA preparations, enriched with DNA fragments with a lower molecular weight, which are lost during isolation by the prototype.

Набор разработан в лаборатории генной инженерии Федерального государственного бюджетного учреждения «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова» Министерства здравоохранения Российской Федерации. The kit was developed in the genetic engineering laboratory of the Federal State Budgetary Institution “Russian Scientific Center for Radiology and Surgical Technologies named after Academician A.M. Granov "of the Ministry of Health of the Russian Federation.

Claims (1)

Набор для выделения внеклеточной ДНК, состоящий из связывающего буфера на основе 5,5 М гуанидинтиоцианата, 5 мМ Трилона Б, 10 мМ Трис-HCl pH 8,0, отмывочного буфера на основе 80% этанола и элюирующего буфера на основе 10 мМ Трис-HCl и 1 мМ Трилона Б с pH 8,5, отличающийся тем, что дополнительно набор для выделения ДНК содержит ДНК-аффинный полипептид, а именно термический полилизин с молекулярной массой 10-30 килодальтон, и суспензию сорбента - частиц магнетита, покрытых слоем силикагеля, общим диаметром 1,5 микрона.Extracellular DNA isolation kit, consisting of binding buffer based on 5.5 M guanidine thiocyanate, 5 mM Trilon B, 10 mM Tris-HCl pH 8.0, wash buffer based on 80% ethanol and elution buffer based on 10 mM Tris-HCl and 1 mM Trilon B with a pH of 8.5, characterized in that the additional kit for DNA isolation contains a DNA-affinity polypeptide, namely thermal polylysine with a molecular weight of 10-30 kilodaltons, and a suspension of a sorbent - magnetite particles coated with a layer of silica gel, total with a diameter of 1.5 microns.
RU2020140964A 2020-12-11 2020-12-11 Dna extraction kit RU2753768C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140964A RU2753768C1 (en) 2020-12-11 2020-12-11 Dna extraction kit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140964A RU2753768C1 (en) 2020-12-11 2020-12-11 Dna extraction kit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753768C1 true RU2753768C1 (en) 2021-08-23

Family

ID=77460356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140964A RU2753768C1 (en) 2020-12-11 2020-12-11 Dna extraction kit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753768C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2372405C1 (en) * 2008-08-04 2009-11-10 Павел Петрович Лактионов Method of extracting extracellular deoxyribonucleic acid from blood
RU2539030C1 (en) * 2013-11-11 2015-01-10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РАДИОЛОГИИ И ХИРУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ /ФГБУ "РНЦРХТ" Минздрава России/ Kit for dna recovery
RU2650865C1 (en) * 2016-11-29 2018-04-17 Общество с ограниченной ответственностью "Магнэтик" Set of reactives for dna purification

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2372405C1 (en) * 2008-08-04 2009-11-10 Павел Петрович Лактионов Method of extracting extracellular deoxyribonucleic acid from blood
RU2539030C1 (en) * 2013-11-11 2015-01-10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РАДИОЛОГИИ И ХИРУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ /ФГБУ "РНЦРХТ" Минздрава России/ Kit for dna recovery
RU2650865C1 (en) * 2016-11-29 2018-04-17 Общество с ограниченной ответственностью "Магнэтик" Set of reactives for dna purification

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QING-BIN YUAN et al., Redistribution of intracellular and extracellular free & adsorbed antibiotic resistance genes through a wastewater treatment plant by an enhanced extracellular DNA extraction method with magnetic beads, Environment International, 2019, Vol. 131, 104986. *
QING-BIN YUAN et al., Redistribution of intracellular and extracellular free & adsorbed antibiotic resistance genes through a wastewater treatment plant by an enhanced extracellular DNA extraction method with magnetic beads, Environment International, 2019, Vol. 131, 104986. РЫКОВА Е.Ю и др., Циркулирующие внеклеточные ДНК и РНК крови в диагностике опухолей молочной железы, Биомедицинская химия, 2008, т. 54, н. 1, стр. 94-103. ZINGER L. et al., Extracellular DNA extraction is a fast, cheap and reliable alternative for multi-taxa surveys based on soil DNA, Soil Biology and Biochemistry, 2016, Vol. 96, pp. 16-19. *
ZINGER L. et al., Extracellular DNA extraction is a fast, cheap and reliable alternative for multi-taxa surveys based on soil DNA, Soil Biology and Biochemistry, 2016, Vol. 96, pp. 16-19. *
АМИРХАНОВ Р.Н. и др., КОМПОЗИТЫ ПЕПТИДО-НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ С НАНОЧАСТИЦАМИ ДИОКСИДА ТИТАНА II+. ДИССОЦИАЦИЯ ДНК/ПНК ДУПЛЕКСОВ В СОСТАВЕ НАНОКОМПОЗИТОВ TIO2-ПОЛИЛИЗИН-ДНК/ПНК И В РАСТВОРЕ. ВЛИЯНИЕ ПОЛИЛИЗИНА, БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2013, т. 39, н. 6, стр. 705. *
РЫКОВА Е.Ю и др., Циркулирующие внеклеточные ДНК и РНК крови в диагностике опухолей молочной железы, Биомедицинская химия, 2008, т. 54, н. 1, стр. 94-103. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0515373A (en) Method for extracting and purifying human genome dna
US20100331534A1 (en) nucleic acid purification method
CN111647654B (en) Primer composition, kit and method for detecting hemochromatosis and hepatolenticular degeneration susceptibility gene mutation
CN111057705B (en) Kit for extracting free nucleic acid and use method
CN111304291B (en) DNA extraction reagent, kit and extraction method
CN110904097A (en) Kit for extracting free DNA (deoxyribonucleic acid) in blood
CN111154750A (en) Method for targeted enrichment of plasma target free DNA
JP2017038566A (en) Composition for purification of exosome
WO2019075868A1 (en) Method for detecting brucella infection and applications thereof
US20160168642A1 (en) Method for detecting telomerase via washing-free anchored-extension and telomeric-binding amplification, and kit
CN113637668A (en) Kit for simultaneously extracting pathogenic bacteria DNA of blood plasma and blood cells and application thereof
JP2004515786A (en) Specific phage capture proteomics
CN110938624A (en) Kit for extracting genome DNA and application thereof
RU2753768C1 (en) Dna extraction kit
TW201114467A (en) Method, agent, and kit for isolating nucleic acids
JP7417854B2 (en) Alkaline phosphatase composition and method for producing dephosphorylated nucleic acid and labeled nucleic acid
CN115125238B (en) A method for isolation and purification of tumor extracellular vesicle DNA
CN110272898A (en) A kind of universal microbial pathogens lysate and its application
JP7357063B2 (en) Primer pair for detecting Pneumocystis jirobetii, method for detecting Pneumocystis jirobetii using the same, and reagent kit therefor
CN110295244B (en) Primer and kit for real-time fluorescence PCR detection of trypanosoma nucleic acid
RU2603098C1 (en) Method for extracting circulating dna from plasma or blood serum
WO1993003184A1 (en) Method for detecting lyme disease and composition
CN108918891B (en) Tuberculosis protein interacting with human protein NRF1 and its applications
RU2803973C2 (en) Method of isolating and purifying rna from gynecological scraping material by phenol extraction
RU2751244C1 (en) Method for extraction of nucleic acids from nail plates