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DNA 的提取和純化

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-06-28   瀏覽次數(shù):206

(一)細(xì)菌培養(yǎng)物的生長(zhǎng)

  從瓊脂平板上挑取一個(gè)單菌落,接種到培養(yǎng)物中(有含有行當(dāng)抗生素的液體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)),然后從中純化質(zhì)粒,質(zhì)粒的提純幾乎總是如此,F(xiàn)在使用的許多質(zhì)粒載體(如pUC系列)都能復(fù)制到很高的拷貝數(shù),惟致只要將培養(yǎng)物放在標(biāo)準(zhǔn)LB 培養(yǎng)基中生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)晚期,就可以大量提純質(zhì)粒。此時(shí),不必造反性地?cái)U(kuò)增質(zhì)粒DNA。然而,較長(zhǎng)一代的載體(如pBR322)由于不能如此自由地復(fù)制,所以需要在得到部分生長(zhǎng)的細(xì)菌培養(yǎng)物中加入氯霉素繼續(xù)培養(yǎng)若干小時(shí),以便對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行性擴(kuò)增。氯霉素可抑制宿主的蛋白質(zhì)合成,結(jié)果阻止了細(xì)菌染色體的復(fù)制,然而,松弛型質(zhì)粒仍可繼續(xù)復(fù)制,在若干小時(shí)內(nèi),其拷貝數(shù)持續(xù)遞增。這樣,像pBR322-類的質(zhì)粒,從經(jīng)氯霉素處理和未經(jīng)處理的培養(yǎng)物中提取質(zhì)粒的產(chǎn)量迥然不同,前者大為增高。多年來(lái),加入足以完全抑制蛋白質(zhì)合成的氯霉素μg/ml)已成為標(biāo)準(zhǔn)的操作、用該方法提取的質(zhì)粒DNA量,對(duì)于分子克隆中幾乎所有想象到的工作任務(wù)。

(二)細(xì)菌的收獲和裂解

  細(xì)菌的收獲可通過(guò)離心來(lái)進(jìn)行,而細(xì)菌的裂解則可以采用多種方法中的任意一種,這些方法包括用非離子型或離子型去污劑、有機(jī)溶劑或堿進(jìn)行處理及用加熱處理等。選擇哪一種方法取地3個(gè)因素:質(zhì)粒的大小、小腸桿菌菌株及裂解后用于純化質(zhì)粒DNA的技術(shù)。 盡管針對(duì)質(zhì)粒和宿主的每一種組合分別提出精確的裂解條件不切實(shí)際,但仍可據(jù)下述一般準(zhǔn)則來(lái)選擇適當(dāng)方法,以取得滿意的結(jié)果。1)大質(zhì)粒(大于15kb)容易受損,故應(yīng)采用漫和裂解法從細(xì)胞中釋放出來(lái)。將細(xì)菌懸于蔗糖等滲溶液中,然后用溶菌酶和EDTA進(jìn)生處理,破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞外膜,再加入SDS一類去污劑溶解球形體。這種方法最大限度地減小了從具有正壓的細(xì)菌內(nèi)部把質(zhì)粒釋放出來(lái)所需要的作用力。2)可用更劇烈的方法來(lái)分離小質(zhì)粒。在加入EDTA后,有時(shí)還在加入溶菌酶后讓細(xì)菌暴露于去污劑,通過(guò)煮沸或堿處理使之裂解。這些處理可破壞堿基配對(duì),故可使宿主的線狀染色體DNA變性,但閉環(huán)質(zhì)粒DNA鏈由于處于拓?fù)淅p繞狀態(tài)而不能彼此分開(kāi)。當(dāng)條件恢復(fù)正常時(shí),質(zhì)粒DNA鏈迅速得到準(zhǔn)確配置,重新形成完全天然的超螺旋分子。
  3)一些大腸桿菌菌株(如HB101的一些變種衍生株) 用去污劑或加熱裂解時(shí)可釋放相對(duì)大量的糖類,當(dāng)隨后用氯化銫-溴化乙錠梯度平衡離心進(jìn)行質(zhì)粒純化時(shí)它們會(huì)惹出麻煩。糖類會(huì)在梯度中緊靠超螺旋質(zhì)粒DNA所占位置形成一致密的、模糊的區(qū)帶。因此很難避免質(zhì)粒DNA內(nèi)污染有糖類,而糖類可抑制多種限制酶的活性。 故從諸 如HB101和TG1等大腸桿菌蓖株中大量制備質(zhì)粒時(shí),不宜使用煮沸法。
  4)當(dāng)從表達(dá)內(nèi)切核酸酶A的大腸桿菌菌株(endA 株,如HB101) 中小量制備質(zhì)粒時(shí),建議不使用煮沸法。因?yàn)橹蠓胁荒芡耆珳缁顑?nèi)切核酸酶A,以后在溫育(如用限制酶消化)時(shí),質(zhì)粒DNA會(huì)被降解。但如果通過(guò)一個(gè)附加步驟(用酚:氯仿進(jìn)行抽提)可以避免此問(wèn)題。
5)目前這一代質(zhì)粒的拷貝數(shù)都非常高,以致于不需要用氯霉素進(jìn)行選擇性擴(kuò)增就可獲得高產(chǎn)。然而,某些工作者沿用氯霉素并不是要增加質(zhì)粒DNA的產(chǎn)量,而是要降低細(xì)菌細(xì)胞在用于大量制備的溶液中所占體積。 大量高度粘稠的濃縮細(xì)菌裂解物,處理起來(lái)煞為費(fèi)事,而在對(duì)數(shù)中期在增減物中加入氯霉素可以避免這種現(xiàn)象。有氯霉素存在時(shí)從較少量細(xì)胞獲得的質(zhì)粒DNA 的量以與不加氯霉素時(shí)從較大量細(xì)胞所得到的質(zhì)粒DNA的量大致相等。

(三)質(zhì)粒DNA的純化

  常使用的所有純化方法都利用了質(zhì)粒DNA 相對(duì)較小及共價(jià)閉合環(huán)狀這樣兩個(gè)性質(zhì)。例如,用氯化銫-溴化乙錠梯度平衡離心分離質(zhì)粒和染色體DNA 就取決于溴化乙錠與線狀以及與閉環(huán)DNA分子的結(jié)合量有所不同。 溴化乙錠通過(guò)嵌入奮不顧身堿基之間而與DNA結(jié)合,進(jìn)而使雙螺旋解旋。由此導(dǎo)致線狀DNA的長(zhǎng)度有所增加,作為補(bǔ)償,將在閉環(huán)質(zhì)粒DNA中引入超螺旋單位。最后,超螺旋度大為增加, 從而阻止了溴化乙錠分了的繼續(xù)嵌入。但線狀分子不受此限,可繼續(xù)結(jié)合更多的染料,直至達(dá)到飽和( 每2個(gè)堿基對(duì)大約結(jié)合1個(gè)溴化乙錠分子) (Cantor 和Schimmel,1980)。由于染料的結(jié)合量有所差別,線狀和閉環(huán)DNA分了在含有飽和量溴化乙錠的氯化銫度中的浮力密度也有所不同。多年來(lái),氯化銫-溴化乙錠梯度平衡離心已成為制備大量質(zhì)粒DNA 的首選方法。然而該過(guò)程既昂貴又費(fèi)時(shí),為此發(fā)展了許多替代方法。其中主要包括利用離子交換層析、凝膠過(guò)濾層析、分級(jí)沉淀等分離質(zhì)粒DNA和宿主DNA的方法。盡管這些方法大多數(shù)均被束之高閣,但其中最好的方法,也應(yīng)是聚乙二醇分級(jí)沉淀法,最近已得到改進(jìn)(R.Treisman,個(gè)人通訊)并達(dá)到較高境界, 使用該方法可得到極高純度的質(zhì)粒。聚乙二醇分級(jí)沉淀法與氯化銫-溴化乙錠梯度平衡離心法有一點(diǎn)不同,那就是不能有效地把帶切口的環(huán)狀分子同閉環(huán)質(zhì)粒DNA分開(kāi),因此, 純化容易帶上切口的極大質(zhì)粒(大于15kb)及用于生物物理學(xué)測(cè)定的閉環(huán)質(zhì)粒時(shí)、平衡離心仍是首選的方法。 然而, 兩種純化方法都可得到足可勝任分子克隆中各種復(fù)雜工作的質(zhì)粒DNA,包括用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞的轉(zhuǎn)染以及利用外切核酸酶產(chǎn)生成套的缺失突變體。
  ,對(duì)于更常規(guī)的操作,則可全然免卻進(jìn)一步提純的問(wèn)題。目前所用的質(zhì)粒大多數(shù)復(fù)制量大,小量制備質(zhì)粒即可得到足量的DNA完成以下種種工作; 限制酶圖的繪制、細(xì)菌轉(zhuǎn)化、特定DNA片段的分離、常規(guī)亞克隆及放射性標(biāo)記探針的制備。

 
  
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