background image

Metody stosowane w biologii molekularnej 

 

1.

 

Izolacja  DNA:    polega  na  oddzieleniu  DNA  od  innych  struktur 
komórkowych, a także cząsteczek RNA i białek związanych z DNA. 
W  zależności    od  rodzaju  materiału,  z  którego  izoluje  się  materiał 
genetyczny,  i  jego  przeznaczenia  stosuje  się  różne  metody  izolacji. 
Materiałem biologicznym może być 

 

krew obwodowa 

 

plemniki (nasienie) 

 

wymazy komórkowe 

 

mocz 

 

mleko 

 

plwocina 

 

wycinki tkanek 

 

płyn mózgowo rdzeniowy 

 

hodowle bakteryjne i tkankowe 

 

metody izolacji DNA dzielimy na dwie główne grupy 

 

izolacja klasyczna z użyciem fenolu i chloroformu 

 

stosowanie  gotowych  zestawów  do  szybkiej  i  uproszczonej 
izolacji DNA 

 

Każda  procedura  izolacji  DNA  powinna  się  zakończyć  ocenją  jego 
ilości  i  jakości  przy  pomocy  pomiaru  spektrofotometrycznego  przy 
długości 

fali 

260-280nm. 

Zawartość 

wyizolowanego 

DNA 

w roztworze podaje się w μg/ml. Wyliczana jest ona ze wzoru 

Z=A

260

 x 50 x R  

Gdzie: 
50- stały współczynnik 
R- rozcieńczenie 
Czystość  izolowanego  DNA  podawana  jest  w  %  wyliczanego 
ze stosunku absorbancji 260/280nm (1,8 = 100% czystości DNA). 
Izolowany  DNA  przechowuje  się  do  miesiąca  w  temp.  4-8 

o

C  lub 

zamrożony w -20 

o

C do usranej śmierci. 

 

2.

 

metoda  PCR:  polega  na  powieleniu  In  vitro  fragmentu 
genomowego  DNA  wielkości  od  kilkudziesięciu  do  kilkudziesięciu 
tysięcy  par  zasad.  Początkowo  w  procesie  wykorzystywano 
termolabilną  polimerazę  od  E.  Coli,  ale  wymagało  to  dodawania 

background image

kolejnej  jej  porcji  po  każdej  denaturacji.  Przełomem  w  tej  technice 
było  wprowadzenie  termostabilnej  Polimerazy  Taq  pochodzącej  od 
bakterii  termofilnych.  Reakcję  przeprowadza  się  w  sterowanym 
elektronicznie  bloku  grzejnym  (termocykler),  a  produkty  ocenia 
za pomocą elektroforezy. Reakcja następuje w trzech etapach: 

 

denaturacja  dwuniciowego  DNA  przeprowadzana  przez 
ogrzanie do 90-95 

o

C na 0.5- 2 min.   

 

przyłączanie  starterów;  oligonukleotydów  hybrydyzujących 
z 3’końcem każdej nici w temp 50-60

 o

C w ciągu 30-60 s. 

 

polimeryzacja DNA przeprowadzana w 72 

o

pod  koniec  pierwszego  cyklu  otrzymujemy  dwie  kopie  DNA 
z regionem,  który  chcieliśmy  zwielokrotnić.  Nastepnie  proces  się 
powtarza.  Liczba  kopii  DNA  rośnie  wykładniczo.  Zwykle 
przeprowadza  się  20  do  40  cykli.  Metoda  ta  pozwala  na  uzyskanie 
dużej  ilości  DNA  nawet  z  bardzo  małej  próbki  (1  μg)  co  ma  istotne 
znaczenie  na  przykład  w  kryminalistyce  (starczy  jeden  włos 
z cebulką).  Technikę  PCR  stosuje  się  do  wykrywania  nosicielstwa 
zmutowanego 

genu 

rodzinach 

obciążonych 

ryzykiem 

np. mukowiscydoza  czy  fenyloketonuria,  badań  na  embrionie 
w zapłodnieniu  In  vitro,  antropologii  i  diagnostyce  chorób 
zakaźnych. 
Innym  rodzajem  metody  jest  PCR  „multipleks”,  w  której  stosuje  się 
kilka  starterow  dla  różnych  genów.  Natomiast  w  reakcji  odwrotnej 
trankryptazy-PCR  (RT-PCR)  proces  poprzedzony  jest  przepisaniem 
informacji z mRNA na komplementarny cDNA w obecności startera, 
najczęściej  uniwersalnego  oligo  dT.  Produkty  PCR  są  najczęściej 
badane pod kątem mutacji drogą sekwencjonowania  lub metodami 
pośrednimi (SSCP) 
 

3.

 

SSCP:  metoda,  wykorzystująca  unikalną  właściwość  kwasów 
nukleinowych, polegającą na tworzeniu przez pojedyncze nici DNA 
konformerów,  których  kształt  zależy  od  sekwencji  DNA.  zmiany 
struktury  DNA  takie  jak  mutacjie  punktowe  powodują  zmianę 
konformacji  pojedynczej  nici  DNA,  co  wykrywa  się  przy  pomocy 
elektroforezy. 

 
4.

 

RFLP  jest  to  polimorfizm  fragmentów  DNA  powstających  wskutek 
działania  endonukleaz  restrykcyjnych  na  nić  DNA.  Może  on  być 
następstwem 

tranzycji, 

transwersji, 

insercji 

lub 

delecji, 

prowadzących  do  zaniku  miejsca  rozpoznawanego  przez  enzymy 

background image

restrykcyjne.  Metoda  ta  pozwala  ma  mapowanie  genów.  Dzięki 
analizie  polimorfizmu  odkryto  między  innymi  lokalizację  na 
chromosomei  X  genu  odpowiedzialnego  za  dystrofię  mięśni 
Duchenne’a. 

 

5.

 

Fingerprint: 

polega 

na 

badaniu 

polimorfizmu 

sekwencji 

mikrosatelitarnych  (STRP)  i  minisatelitarnych  (VNTR).  Zmienność 
sekwencji  VNTR  polega  na  różnej  liczbie  powtórzeń  motywu  w 
danym  locus.  Analiza  kilku  loci  danego  osobnika  daje 
charakterystyczny  dla  niego  wzór  fragmentów  DNA  (profil),  tzw. 
Genetyczny  odcisk  palca.  Obraz  ten  jest  unikatowy  niczym  linie 
papilarne.  Im  bliżej  dwie  osoby  są  spokrewnione  tym  bardziej 
podobny  jest  ich  profil  DNA.  Badania  profili  DNA  obejmują 
najczęściej analizę markerów minisatelitarnych, nie tylko pod kątem 
liczby  kopii,  ale  także  nieznaczne  różnice  sekwencji  nukleotydów. 
Sekwencje  są  wykrywane  najczęściej  metodą  Southerna  po 
uprzednim  namnożeniu  materiału  metodą  PCR.  Metodę  tą  szeroko 
stosuje  się  w  kryminalistyce,  a  także  w  badanu  pokrewieństwa  i 
ustalaniu ojcostwa. 

 

6.

 

Metoda  Southerna:  opisana  po  raz  pierwszy  w  1975r.  .  pozwala 
identyfikować  fragmenty  restrykcyjne  przy  użyciu  elektroforezy 
żelowej 

sond 

molekularnych. 

Mieszaninę 

fragmentów 

restrykcyjnych rozdziela  się  na  żelu  agarozowym,  denaturuje  celem 
podzielenia  na  fragmenty  jednoniciowe  i  przenosi  na  filtr 
nitrocelulozowy.  Jednoniciowy  DNA  poddaje  się  hybrydyzacji  ze 
specyficzną  sondą  DNA  lub  RNA,  znakowaną  radioizotopem  (

32

P). 

metodą  autoradiograficzną  można  wykryć  fragmenty  DNA 
komplementarne  do  znakowanej  sondy.  Podobnie  identyfikować 
można  cząsteczki  RNA  lub  białka  poprzez  badanie  wiązanai 
znakowanych  przeciwciał    przeciw  poszukiwanym  grupom 
antygenów. 

 

7.

 

Sekwencjonowanie DNA: metoda polegająca na ustaleniu rodzaju i 
kolejności nukleotydów w DNA, która przeprowadza się przy użyciu 
specjalnych 

aparatów. 

stosuje 

się 

następujące 

 

metody 

sekwencjonowania:  Maxama,  Gilberta  i  enzymatyczną  Sangera. 
Metody  Maxima  i  Gilberta  polegają  na  przeprowadzeniu  4  reakcji 
chemicznych  w  odrębnych  mieszaninach,  w  wynikó  których 
cząsteczka DNA przecinana jest w miejscu występowania jednej z 4 

background image

zasad,  zależnie  od  użytego  odczynnika.  produkty  tych  reakcji, 
różniące się długością, są następnie rozdzielane przez elektroforezę 
na żelu. Obecnie częściej stosuje się metodę Sangera. Polega ona na 
enzymatycznym  wydłużaniu  nowych  łańcuchów  na  matrycy 
badanego  DNA.  Począwszy  od  wyznakowanego  radioizotopowo 
startera.  Reakcję  przeprowadza  się  w  czterech  odrębnych 
mieszaninach 

zawierających 

niezbędne 

substraty. 

Reakcję 

zatrzymuje  się  po  pewnym  czasie  przez  dodanie  pochodnej 
odpowiedniego  dideoksyrybonukleotydu  w  małym  stężeniu. 
Dideoksy-NTP terminuje wydłużanie łańcucha w miejscu włączenia, 
gdyż  brak  grupy  OH  przy  3’węglu  uniemożliwie  utworzenie 
kolejnego  wiązania.  Powstaje  mieszanina  fragmentów  DNA  różnej 
długości,  które  można  analizować  drogą  elektroforezy  i 
autoradiograficznie.  Elektroforeza  porządkuje  elementy  według 
wielkości.  Rezultatem  metod  jest  seria  prążków  w  żelu,  z  których 
można bezpośrednio odczytać sekwencje DNA. 

 
8.

 

Metoda ASO:  wykorzystuje się w niej dwa różne oligonukleotydu, 
jeden  komplementarny  do  sekwencji  prawidłowego  genu,  drugi 
komplementarny  do  zmutowanego.  W  odpowiednich  warunkach 
sondy  ASO  hybrydyzują  tylko  z  komplementarną  sekwencją  DNA. 
Wykorzystuje się ją do badań przesiewowych anemii sierpowatej. W 
badaniach wykorzystuje się krwinki białe; poddaje się je ogrzaniu aż 
do  denaturacji  DNA,  następnie  namnaża  region  β-globiny  przy 
pomocy  PCR.  Namnożony  DNA  nanosi  się  na  filtry  połączone  z 
odpowiednimi  oligonukleotydami.  Po  uwidocznieniu  prązków 
genotyp  odczytać  można  bezpośrednio  z  filtrów,  gdyż  tam,  gdzie 
nastąpi hybrydyzacja oligonukleotydu pojawi się zaciemnienie filtra.