sıvı kromatografisi / kütle spektrometresi ile pufferfish türleri genotipleme için geliştirilmiş bir polimeraz zincir reaksiyonu restriksiyon parça uzunluk polimorfizm yöntemi tarif edilmektedir. Ters-faz silis yekpare kolonu sindirilmiş amplıkonları ayırmak için kullanılır. Bu yöntem, baz bileşimi tanımlamak için yararlıdır oligonükleotidlerin Monoizotopik kitleleri aydınlatmak olabilir.
bir polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) -restriction parça uzunluk polimorfizm (RFLP), sıvı kromatografisi / elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisi (LC / ESI-MS) ile, toksik pufferfish türleri genotipleme için yöntemin geliştirilmiş bir versiyonu açıklanmıştır. DNA izolasyonu bir silis membran bazlı DNA ekstraksiyon kiti kullanılarak gerçekleştirilir. Bir deterjan içermeyen PCR tamponu kullanılarak PCR amplifikasyonu sonra restriksiyon enzimleri Reaksiyon çözeltisi arıtılması olmaksızın çözeltiye ilave edilir. Ters-faz silis yekpare kolonu ve bir Fourier değiştirilmiş Kingdon'un tutarak analiz sahip olan yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi, sırasıyla, ayırma ve saptama için kullanılır dönüşümü. 400 mM 1,1,1,3,3,3-heksafluoro-2-propanol 'den ibaret hareketli faz, 15 mM trietilamin (pH 7.9) ve metanol, 0.4 ml / dk'lık bir akış oranında verilmektedir. LC / ESI-MS analizi için devir süresi sütun dengeleme dahil 8 dakikadır. Bir izotop dağıtım modeli o sahip Dekonvolüsyonun yazılımoligonükleotidin f kütle spektrumu karşılık gelen monoizotopik kütle hesaplamak için kullanılır. Oligonükleotidler (aralık 26-79 nükleotid) analizi için, kitle doğruluk oldu 0.62 ± 0.74 ppm (n = 280) ve mükemmel doğruluk ve hassasiyet bir kilit kütle standardı kullanılmadan 180 saat boyunca devam etti.
Kütle spektrometrisi (MS) iyonizasyon 1,2 için kullanılan nükleik asit, matris destekli lazer çıkarma / iyonlaşma (MALDI) ile elektrosprey iyonizasyon (ESI) arasında hızlı ve güvenli bir tanımlama için kabul edilen bir teknolojidir. MALDI tekniği genellikle bir süre-of-flight (TOF) analiz ile birleştirilir; Ancak, MALDI-TOF MS uygulaması kısa oligonükleotidler ile sınırlıdır (~ 25 nükleotid (nt)) sonraki parçalanma, adükt oluşumu ve düşük iyonlaşma verimliliği 1,2 sayesinde. Bunun aksine, ESI uzun oligonükleotidler (> 100 nt) için geçerlidir, ancak birden çok yük durumları ([M-NH] n-) biomacromolecules aynı anda üretilir ve bu nedenle de bir analit kütlesi üst aşabilir yüklü iyonlar spektrometre m / z aralığı sınırı. Bu karşılık gelen kütle içine kıvrık spektrumları yorumlanması, yani bir şarj durumu serisinin dönüşümünü gerektirirDekonvolüsyonun yoluyla.
Küçük molekül kütlesi ölçümü, monoizotopik kütle zirve, yani söz konusu olduğunda, her bir elemanın, sadece en yaygın izotop ihtiva eden bir molekül kütlesi en bol ve 3 doğal görülmektedir. Molekül ağırlığı arttıkça, daha yüksek, m / z ve monoizotopik tepe izotopik dağıtım değişimleri taban gürültü 3-5 kararmaktadır. Monoizotopik pik artık kDa 3, 10 daha büyük kitleler için tespit sonra, ortalama moleküler ağırlıklı monoizotopik kütle 5 yerine ölçülmesi için kullanılır. Bu gibi durumlarda, tek tek zirvelerin her biri 1 Da tarafından ayrıldığı izotopik dağılımı sadece gözlemlenebilir zaman TOF, Fourier Kingdon'un tutarak analiz 6 değiştirilmiş dönüşüm ya da bir Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonans gibi yüksek çözünürlüklü kütle analizörü analiz analizi için kullanılır. Ancak, en bol zirve sometimes ortalama moleküler kütlesi 5 ile tutarlı değildir. Bu sorunlar doğru analitin belirlenmesi için zorluk yol açabilir.
Kararlı izotopların doğal bolluk içinde değişim ve ortalama molekül kütlesi belirlenmesinde zorluklar göz önüne alındığında, Monoizotopik kitle ölçüm biyomoleküllerin 3,4 kitle karakterizasyonu için idealdir. Pratikte, monoizotopik pik uygulanıp olup olmadığını, monoizotopik kütle model analit 4,7-10 hesaplanan teorik bir gözlenen izotopik dağılım modelini karşılaştırarak tahmin edilebilir. Uydurma algoritması 8 şimdi sahipli yazılım içine dahil edilmiştir.
ESI-MS bağlamında, bir DNA çift yönlü, saflaştırma ve tuzsuzlaştırma ayrışma nedeniyle iyon bastırılması ve adükt oluşumu 2,10-14 için iyonizasyon başarısızlığını önlemek için doğrudan ölçümü için gereklidir. Bu prosedürler troubl olanesome Ancak tam otomatik analitik sistemler patojenlerin 15-20 tespiti için polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), numune hazırlama ve ESI-MS ile ilgili ticari olarak geliştirilmiştir. Başka bir yaklaşım ayrılması için sıvı kromatografisi (LC) sunuyor. LC eşlik eden maddelerden analitlerin bir on-line olarak ayrılmasına sunar ve 21,22 İyonizasyon öncesinde laboratuarda örnek hazırlama gerektirmez. Bununla birlikte, MS-uyumlu bir mobil faz kullanılarak nükleik asit ayrılması bu tür nükleotidlerin polianyonik doğası nedeniyle ilaç, peptidler ve proteinler gibi pek çok başka bileşikler için daha zordur. LC / ESI-MS en başarılı örnekler, ters fazlı LC iyon çifti kullanılmasını içerir. 1,1,1,3,3,3-heksafluoro-2-propanol, hareketli aşamada (HFIP) -triethylamine (TEA) -metanol ilk Apffel ve arkadaşları tarafından önerilmiştir. Ayırma ve kısa oligonükleotitler 23 tespit edilmesi için. differentiatio LC / ESI-MS genotipleme Uygulamapatojen türleri, tek nükleotid polimorfizm ve kısa tandem tekrarı n uzun oligonükleotitler 1,21,24-33 ayırabilen bir kılcal polimer yekpare kolonu kullanılarak rapor edilmiştir.
Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde, ciddi gıda zehirlenmesi hatalı tanımlama ve puffer uygunsuz hazırlanması nedeniyle oluştu ve bu puffer dağıtım ve hazırlık kesinlikle gıda güvenliği mevzuatı 34,35 tarafından kontrol edilir gerçeğine rağmen. Ayrıca, pufferfish ekstresi kullanarak kasıtlı cinayet Japonya'da 36 meydana geldi. Bu nedenle, pufferfish türlerin farklılaşması kamu sağlığı ve adli soruşturma açıdan hem de gereklidir. Takifugu rubripes puffer diğer türlü çok daha pahalı olduğu için, ayrıca, bir farklılaşma kabiliyeti de gıda dolandırıcılık araştırmaların kapsamında gereklidir.
Burada, m belirlemek için detaylı bir yöntemters-fazlı silika yekpare kolon ve yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi kullanılarak LC / ESI-MS ile bir PCR ürününün onoisotopic kütlesi tarif edilmektedir. Özellikle, bu yaklaşım MS kullanılarak hayvan türlerinin farklılaşması için ilk örnektir PCR restriksiyon parça uzunluk polimorfizm (RFLP) ile 37 kullanımına dayanmaktadır toksik pufferfish türlerinin farklılaşmasını izin vermek için geliştirilmiştir.
DNA elde etmek için, kan ve doku DNA elde etmek için bir ticari kit küçük değişiklikler (proteinaz K miktarına ve lizis çözeltisinin santrifüj) ile üreticinin protokolüne uygun olarak kullanılır. Bununla birlikte, herhangi bir ekstraksiyon kiti sürece hücresel DNA, PCR için uygun geri kazanım ve saflıkta elde edilebilir olarak kullanılabilir. Bu yöntem kas, fin, karaciğer, yumurtalık ve cilt 37 kullanılarak test edilmiştir. Fin için, dondurulmuş, kurutulmuş kaynatıldı ve pişmiş pufferfish örnekleri başarılı 37 test edildi proteinaz K Fresh ile hızlı bir lizis geniş bir yüzey alanına, özellikle uygundur.
PCR primer seti (Tablo 1) puffer için tasarlanmış ve puffer mitokondrial 16S ribozomal RNA geni güçlendirir edilir. Yükseltmek için hedef DNA 114-115 bp'lik (cinsi Takifugu) ve 86 bp'lik (cinsi Lagocephalus) (Tablo 5). yöntem, developme kolaylaştırmaknt hedef sekansları olan sentez oligonükleotitler yerine özgün pufferfish numuneleri toplamak ve referans olarak kullanılmıştır. primer seti amacı yanıt olarak başka bir primer dizisi ile ikame edilmiş olabilir, bununla birlikte, enzimatik sindirimden sonra nihai DNA uzunluğu başarılı dekonvolüsyon için gerekli olan kütle spektrumu kalitesini koruma açısından nt az 100 olmalıdır. Buna ek olarak, C-tuzak azot basıncı hedef oligonükleotid uzun yaklaşık 75 nt uzun olduğunda azalır ve kütle spektrum kalitesi başarılı Dekonvolüsyonun için yetersiz olmalıdır. Bu tür sınırlamalar protokolü bölümünde tarif edildiği gibi başka bir kasa içinde Cı-trap valf ayarlı olması gerekir, gösterge yazılım son gelişmeler ile kontrol edilebilir. Numune hazırlama için olduğu gibi, deterjan içermeyen reaktiflerin kullanılması uygun pik şekli, yeterli bir tepe şiddetine ve sabit tutma süresi 31 açısından daha sonra LC için önemlidir.
<p class = "jove_content"> bir PS-DVB kapiler monolit kolonu 21,24-33, bir C18 ters-faz parçacık silika kolon 23,40,41 ve bir hidrofobik etkileşim kromatografisi (HILIC) sütunu 42 LC kullanılmıştır / oligonükleotidlerin ESI-MS analizi. Bunlar arasında, kılcal monolit sütun ayırma kapasitesi açısından diğerlerinden üstün olduğunu, ancak, geçmiş çalışmalarda kullanılan kılcal monolit sütun in-house yaptı ve enstrümantasyon gerektiren düşük akış hızı (2 ul / dak), işletilmiştir mikro LC adanmış. Kolay işlemini kolaylaştırmak için, ticari olarak temin edilebilen sütun daha yüksek akış oranları (100-400 ul / dakika) uzun oligonükleotitlerin ayrılması için değerlendirildi. DNA dubleksleri (26, 37 ve 53 bp) üç çift yukarıda belirtilen sütunları kullanılarak ayrıldı, ancak, C18-bağlı partikül silika kolonu ve PS-DVB monolit sütun çevrim süreleri sırasıyla 65 ve 70 dk idi , C oysa <sub> 18-bağlı silika monolit sütun 8 dakika (Şekil 1). Dikkate hızlı analiz alarak, C18-bağlı silika monolit sütun sınırlı ayırma kapasitesine rağmen bizim amaçlarımız için seçildi; Bununla birlikte, geliştirilmiş ayırma gerekli olduğunda, kalan iki sütun kullanılabilir. Teorik olarak, bir monolit kolonu durumunda, hiçbir geçiş hacmidir ve mobil faz, böylece etkili bir ayırma 27 etkinleştirme tutarlı yol uzunluğuna korurken katı faz gözenekleri boyunca akmaya zorlanabilir olacaktır. Bu tür işlemler, büyük moleküller yavaş difüzyonu gibi, böyle bir oligonükleotidin özellikle biomacromolecules analizinde, ortaya olacaktır. Bir monolit sütun pratik yararları bir tane arka basınç, bir parçacık halinde silika kolonu 27 daha düşük olmasıdır. yüksek akış hızı (400 ul / dak) ve düşük kolon sıcaklığı (20 ° C), maksimum geri basınç rağmenSistem MPa 37 12.5 idi. Bu, uzun bir oligonükleotidin hızlı analizi için bir C18-bağlı silika monolit sütunun avantajı ilk örnek bu olmuştur. Yüksek akış hızı sayesinde, ara yüzeyde mikro LC tam bir bağlantı için özel bir alet gerekli değildir. Bunun yerine, bir ısıtılmış ESI prob, DNA dubleks ayırmak, daha sonra tarif edildiği gibi DNA iyonizasyonu yardımcı olmak için gereklidir.İyon çifti kromatografisi yaygın oligonükleotid MS uyumlu ayrılması için kullanılır. Bununla birlikte, bir iyon çifti reajanı genellikle ESI işlemi ile karışır ve ESI-MS duyarlılığını azaltır. Bu nedenle, HFIP sık oligonükleotidin hassasiyetini artırmak için mobil faz için kullanılır. Bununla birlikte, HFIP (kaynama noktası 59 ° C) metanol (kaynama noktası 65 ° C) ve bu nedenle, çözgen ve bu kayıp pH artar ve iyon çifti ayıracı ayrışmasını teşvik (örneğin, çay) önce, ara yüzeyde hızlı buharlaşanoligonükleotidden. Mevcut buluş, 350 ° C 'de sıcak azot gazı ile eluatın nebulizes ısıtılmış ESI sonda kullandığı için, bu etki aşırı önem olabilir. Çünkü eser metal iyonları 33, adükt oluşumunun bir azalma genotipleme analizi için, bunun yerine HFIP TEA tampon maddesi, Erb ve Oberacher cyclohexyldimethylammonium asetat (pH 8.4 CycHDMAA) önerilir. Yazarlar CycHDMAA kendisini metal ilave maddesinin oluşumunun bastırılması çıkarılabilir. Literatürde rağmen, önemli bir adükt oluşumu, bu yöntemde gözlenmemiştir. Buna ek olarak, HFIP TEA-metanol sistemi kayda değer faydası HFIP TEA-metanol sistemi ile elde edilen tepe alanı T. 86 bp'lik bir amplikon analiz ederken CycHDMAA asetonitril sistemi elde edilenden 17 kat daha fazla olmasıdır poecilonotus (veriler gösterilmemiştir). HFIP TEA-metanol sisteminin bir dezavantajı, CycHDMAA asetonitril sistemine artan maliyet göredir.
monoizotopik kütle hesaplanması çok yüklü iyonların izotopik tepe ayrılmasını gerektirir. Bu nedenle, çözünürlük, bu analiz için kritik önem taşır. gerekli çözünürlük gücü analitin baz çifti uzunluğuna bağlıdır, ancak bin onlarca bir çözünürlük gücüne sahip olan geleneksel TOF analiz, kısa oligonükleotidlerin analizi için sınırlanabilir.
Tablo 4'te gösterilen teorik monoizotopik kütleler analitlerin karşılık gelen baz bileşimlerinin hesaplandı. Seçenek olarak ise, Muddiman ve ark. Doğru kütle 43 baz bileşimin hesaplanması için bir yazılım uygulaması geliştirilmiştir. Benzer bir program otomatik ESI-MS sisteminde 16-18 entegre edildi. ölçülü monoizotopik kütle her zaman özel bir baz bileşimi o karşılık gelmez, çünkü bu algoritmaların kullanımı, bu yöntemin sağlamlığını artırabilirkaçınılmaz ölçüm hatasından kaynaklanan 3 ppm kitle tolerans kanat. Ne yazık ki, biz bu çalışmada bu yazılım ürünleri elde edemezler.
Bu yöntem temel bileşimi üzerine kurulmuştur ve özellikle de puffer için tasarlanmış bir işlem ile ilgili değildir, bu monoizotopik kütle bazlı türler belirlenmesi puffer farklılaşması için değil, aynı zamanda diğer DNA polimorfizmlerinin tespiti için de uygun olabilir. DNA polimorfizmi tespit edilmesi için de, özel bir ESI-MS sistemi, patojenlerin 15,17,18,20,30 tespiti gibi tanısal kullanım için uygun olabilir, tam otomatik ve kullanımı kolaydır. Bunun aksine, mevcut metot, bir araştırma kullanımları için uygun olan, bu nedenle ortak araştırma aletleri ve cihaz ve, ile mümkündür. ESI-MS önce bu tip bir tekli nükleotid polimorfizm 13,28,32, kısa tandem tekrarı 26 insan DNA polimorfizmi uygulanmıştır, Ve mitokondriyal DNA 16,19 ANALİZİ. Mikro RNA da kılcal LC / ESI-MS 44 ile analiz edildi. Bu yayınlanmış başvurular da mevcut yöntem ile gerçekleştirilebilir. Buna ek olarak, bu yöntem, düşük sıcaklık ayrılmasına bağlı antibiyotik etkileşim ve ribozomal RNA 45'e oligonükleotid ve düşük molekül ağırlıklı bileşikler arasındaki etkileşiminin izlenmesi için de uygun olabilir. Bu gibi durumlarda, oligonükleotitlerin ve düşük molekül ağırlıklı bileşikler LC / ESI-MS kullanılarak bir avantaj olduğu, aynı zamanda tespit edilmelidir.
Aletler örneğin Sanger sekanslama ve gerçek zamanlı PCR gibi geleneksel tekniklerle olarak paralel bir analiz gerçekleştirmek için uygun olmayan bir sınırlama yoktur. Ek olarak, mevcut yöntem, yalnızca baz bileşim ve aynı molekül içinde bir baz ikame ayırt edilemez tanımlar. Ancak, burada açıklanan MS tabanlı DNA analizi hâlâ dönemde hak olabilirjel elektroforezi ve gerçek zamanlı PCR gibi boya bazlı teknikler DNA bağlama ile karşılaştırıldığında doğruluğu s.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research by the Japanese Society for the Promotion of Science (15K08060).
DNeasy Blood & Tissue Kit (50) | Qiagen | 69504 | DNA extraction kit |
Proteinase K | Qiagen | 19131 | |
Ethanol (99.5+ vol%) | Wako | 054-07225 | For dilution of wash buffers |
TE buffer (pH 8.0) | Wako | 310-90023 | For dilution of DNA sample |
PCR primer | Fasmac | NA | Purified with reverse-phase cartridge column by the supplier |
Template DNA | Eurofins Genomics | NA | Purified by HPLC by the supplier |
Ultrapurified water | NA | NA | Generated with a Milli-Q Direct water purification system (Merck Millipore), used for sample preparation |
Detergent Free 5X Phusion HF Buffer | Thermo Fisher | F-520L | Use instead of the provided buffer of DNA polymerase |
Pfu-X DNA polymerase | Jena Bioscience | PCR-207S | |
dNTP mix (20 mM each) | Jena Bioscience | NA | Supplied with the DNA polymerase |
10× Universal buffer M | Takara Bio | NA | Containing 100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2, 10 mM dithiothreitol and 500 mM NaCl |
Dra I | Thermo Fisher | FD0224 | Restriction enzyme |
Msp I | Thermo Fisher | FD0544 | Restriction enzyme |
1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) | Fluka | 42060-50ML | Eluent additive for LC-MS grade. |
Triethylamine (TEA) | Fluka | 65897-50ML | Eluent additive for LC-MS grade. |
Trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | T6508 | For preparation of calibrant. |
Sodium hydroxide (1.0 M) | Fluka | 72082 | Dilute to 10 mM with ultrapurified water and use for titration of trifluoroacetic acid. |
Acetonitrile | Fluka | 34967 | For preparation of calibrant, LC/MS grade. |
Methanol | Kanto | 25185-76 | For mobile phase, LC/MS grade. |
Water | Thermo Fisher | W6-1 | For mobile phase, LC/MS grade. |
Microcentrifuge tube (0.5 ml) | Eppendorf | 0030123301 | PCR clean grade |
Microcentrifuge tube (1.5 ml) | Eppendorf | 0030123328 | PCR clean grade |
UVette | Eppendorf | 0030106300 | Disposable UV cuvette. |
Gel Green | Biotium | 41004 | Fluorescent DNA stain |
Cosmospin filter G (0.2 μm) | Nakalai Tesque | 06549-44 | Made of hydrophilic polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane. Any centrifugal filter unit (pore size, 0.2–0.5 μm) made of hydrophilic PTFE or another low-binding membrane is applicable. |
300-μl PP screw vial | American Chromatography Supplies | V0309P-1232 | |
Preassembled screw cap and septa | Finneran | 5395-09R | |
Monobis C18 analytical column (2.0×50 mm, mesopore size = 30 nm) | Kyoto Monotech | 2050H30ODS | Outside Japan, available for purchase from GL Sciences via its distributors. (http://www.glsciences.com/distributors/) |
Monobis C18 guard column | Kyoto Monotech | GCSET-ODS3210 | Holder included. |
Cadenza CW-C18 (3.0×250 mm) | Imtakt | CW036 | C18-bonded particulate silica column |
ProSwift RP-4H (1.0×250 mm) | Thermo Fisher | 066640 | Poly(styrene-divinylbenzene) monolith column |
Themo Mixer C | Eppendorf | 5382 000.023 | For digestion of fish tissues. |
Spectrophotometer | Shimadzu | UV-3150 | Quantification of DNA concentration. |
Thermal cycler | Bio-Rad | T100 | |
Portable refrigerator | Twinbird | D-CUBE | For aqueous mobile phase to avoid evaporation of HFIP. This can be replaced by an ice box. |
Ultimate 3000 liquid chromatograph | Thermo Fisher | NA | |
Q Exactive mass spectrometer | Thermo Fisher | NA | Fourier transform mass spectrometer equipped with the modified Kingdon trap analyzer. |
Protein deconvolution 3.0 | Thermo Fisher | NA | Use version 3.0 or higher having an isotopic patter model of nucleotide. |