background image

Maciej Duda 168516 
Wojciech Ślęczek 168560 

SPRAWOZDANIE 

Inżynieria genetyczna – Laboratorium 

 

Ćwiczenie nr 4 i 5:  

•  Przygotowanie insertu EcRDBD do klonowania (generowanie miejsc restrykcyjnych BamHI) – 

reakcja PCR 

•  Przygotowanie plazmidu pGEX – 2T do klonowania – elektroforetyczna analiza plazmidowego 

DNA oczyszczonego po trawieniu i defosforylacji oraz szacowanie jego stężenia 

•  Elektroforeza analityczna produktów PCR 
•  Izolacja produktu PCR (protokół Clean – up) (A&A Biotechnology) 
•  Ligacja  wektora  pGEX  –  2T  zlinearyzowanego  enzymem  BamHI i defosforylowanego 

(pGEX  -  2T/BamHI)  z  fragmentem  DNA  kodującym  domenę  wiążącą  DNA  receptora 
ekdysteroidowego (EcRDBD/BamHI) przy użyciu ligazy T4 

•  Transformacja komórek kompetentnych (Maniatis i wsp. 1989) 
 

1. Procedura i metodyka 
 

•  W  celu  przeprowadzenia  reakcji  PCR  przygotowano  następujące  roztwory  w  probówkach 

Eppendorfa: 

 
a)  Roztwór 1 – mieszanina reakcyjna: 

 
3 μl pBS – EcR/EcoRI (około 15ng) – matryca DNA 
4,1 μl WR5 (50 pmoli) – starter przedni („forward”) 
4,2 μl WR6 (50 pmoli) – starter tylni  (”reverse”) 
8 μl dNTP (mieszanina nukleotydów, C = 1,25mM każdego) 
5 μl bufor dla polimerazy [10x] 
1 μl polimerazy – dodawanej po tzw. „gorącym starcie” 
24,7 μl H

2

O  

 

 

 

 

 

 

= 50 μl razem 

 

 

 
b)  Roztwór 2 – kontrola (K): 

 
4,1 μl WR5 (50 pmoli) 
4,2 μl WR6 (50 pmoli) 
8 μl dNTP (mieszanina nukleotydów, C = 1,25mM każdego) 
5 μl bufor dla polimerazy [10x] 
1 μl polimerazy – dodawanej po tzw. „gorącym starcie” 
27,7 μl H

2

O  

 

 

 

 

 

 

= 50 μl razem 

 

•  Na powierzchnię roztworów nałożono 50 μl oleju parafinowego. 
•  Tak  przygotowane  próbki  umieszczono  w  termocyklerze  i  ustawiono  program  reakcji  PCR 

zgodnie z instrukcją. 

background image

•  Po „gorącym starcie” dodano 1 μl termostabilnej polimerazy, po czym „puszczono” reakcję 

dalej według nastawionych wcześniej cyklów. 

•  W  następnym  kroku  zlinearyzowany,  oczyszczony  i  defosforylowany  wektora  pGEX  –  2T 

poddano  analizie  densytometrycznej;  w  tym  celu  przeprowadzono  horyzontalną 
elektroforezę  analityczną  w  żelu  agarozowym  o  stężeniu  0,8%  przygotowanym  w  1xTBE  
i  zawierającym bromek etydyny w stężeniu 0,4 μg/ml. Elektroforezę prowadzono w buforze 
1xTBE przy stałym napięciu 75 V przez około 50min. 

•  W celu przeprowadzenia powyżej opisanej elektroforezy przygotowano następujący roztwór: 

 
a)  Roztwór do elektroforezy analitycznej: 

 
3 μl roztworu plazmidowego DNA po oczyszczeniu 
7 μl TE 
2 μl 5x buforu do próbek   

 

 

 

= 12 μl razem 

 

•  Oprócz analizowanych próbek, na żel naniesiono również 5 μl markera wagowego FastRuler™ 

DNA Ladder, Middle Range, (MBI Fermentas). 

•  Kolejnym  krokiem  było  wykonanie  elektroforezy  analitycznej  produktów  przeprowadzonej 

reakcji PCR. W tym celu przygotowano następujące roztwory: 
 

a)  Roztwór 1 – próbka: 

 
5 μl próbki po reakcji PCR (pobranej spod oleju) 
5 μl TE 
2 μl 6xSB   

 

 

 

 

 

= 12 μl razem 

 

b)  Roztwór 2 – kontrola (K): 

 
5 μl próbki po reakcji PCR (spod oleju z roztworu kontroli) 
3 μl TE 
2 μl 6xSB   

 

 

 

 

 

= 12 μl razem 

 

•  Oprócz analizowanych próbek na żel naniesiono też 5 μl markera wagowego FastRuler™ DNA 

Ladder, Middle Range, (MBI Fermentas). 

•  Elektroforeza  prowadzona  była  w  żelu  agarozowym  o  stężeniu  agarozy  równym  2%, 

przygotowanym w 1xTBE i zawierającym bromek etydyny w stężeniu 0,4 μg/ml. Elektroforezę 
prowadzono w buforze 1xTBE przy stałym napięciu 75 V przez około 50min. 

 
•  Następnie  przeprowadzono  izolację  produktu  PCR  z  pozostałej  części  mieszaniny  nie 

poddanej elektroforezie. W tym celu opisano nową probówkę Eppendorfa i przeniesiono do 
niej pozostałą część mieszniany po PCR spod oleju. 

•  Do takiego roztworu dodano pięciokrotny nadmiar roztworu G (223 μl). 
•  Mieszaninę  krótko  odwirowano  w  celu  usunięcia  resztek  roztworu  z  wieczka  i  ścianek 

probówki. 

•  Mieszaninę naniesiono na kolumnę do oczyszczania DNA i wirowano przez  30 s przy około 

10 000 x g. 

•  Następnie wyciągnięto kolumnę z probówki, przesącz wylano i kolumnę ponownie włożono 

do probówki. 

background image

•  Na złoże w kolumnie naniesiono 600 μl roztworu A1 do płukania. 
•  Wirowano przez 30 s przu 10 000 x g. 
•  Wyciągnięto  kolumnę    z  probówki,  odrzucono  przesącz  i  kolumnę  ponownie  włożono  do 

probówki. 

•  Na złoże w kolumnie naniesiono 300 μl roztworu A1 do płukania. 
•  Wirowano przez 2 min przy 10 000 x g. 
•  Wyjęto kolumnę z probówki, przesącz ponownie odrzucono i kolumnę ponownie włożono do 

probówki. 

•  Kolumnę z probówką inkubowano przez 3 min w temperaturze pokojowej w celu osuszenia 

złoża. 

•  Osuszoną kolumnę umieszczono w nowej probówce Eppendorfa i naniesiono na złożę 30 μl 

buforu TE tak, by pokrył on całkowicie złoże. 

•  Ponownie inkubowano w temperaturze pokojowej przez 3 min. 
•  Następnie odwirowano przez 1 min przy 10 000 x g. 
•  Przesącz  na  dnie  probówki,  zawierający  docelowe  DNA,  przeniesiono  do  czystej  opisanej 

probówki Eppendorfa i zanotowano jego objętość. 

•  Tak oczyszczony produkt PCR znajdujący się w buforze TE przechowywano w temperaturze                

-20ᴼ C. 

 
•  Kolejnym  krokiem  doświadczenia  było  przeprowadzenie  ligacji  wektora  pGEX  –  2T 

zlinearyzowanego  BamHI  i  defosforylowanego  (pGEX  –  2T/BamHI)  z  fragmentem  DNA 
kodującym domenę wiążącą DNA receptora ekdysteroidewego (EcRDBD/BamHI) przy użyciu 
ligazy T4. W tym celu przygotowano następujące roztwory: 
 

a)  Roztwór 1 – reakcja na ligację, próbka: 

 
1,5 μl pGEX–2T/BamHI (C = 15 ng/μl) (wektor) 
1,65 μl EcRDBD/BamHI (C = 3 ng/μl) (insert) 
1 μl ligazy T4 (1U) (MBI Fermentas) (enzym) 
2 μl buforu do ligazy T4 [10x] (MBI Fermentas) 
13,85 μl H

2

 

 

 

 

 

= 20 μl razem 

 

b)  Roztwór 2 – kontrola (K): 

 
1,5 μl pGEX–2T/BamHI (C = 15 ng/μl) (wektor) 
1 μl ligazy T4 (1U) (MBI Fermentas) (enzym) 
2 μl buforu do ligazy T4 [10x] (MBI Fermentas) 
15,5 μl H

2

O  

 

 

 

 

 

= 20 μl razem 

 

•  Ligację  prowadzono  w  stosunku  molowym  1:4,  n

insertu

  =  4*n

wektora

  ,  w  sterylnej  i  opisanej 

probówce Eppendorfa. Reakcja była prowadzona w temperaturze pokojowej ~20ᴼ C przez 1h 
i 20 min. 

•  Kolejnym etapem była transformacja komórek kompetentnych. W tym celu rozmrożono na 

lodzie 100 μl komórek kompetentych (XL1 – Blue). 

•  Natychmiast przeniesiono je do schłodzonej sterylnej probówki Eppendorfa, która zawierała 

mieszaninę po ligacji. 

•  Całość delikatnie wymieszano i inkubowano przez 20 min na lodzie. 
•  Następnie próbki poddano szokowi cieplnemu w 37ᴼC przez 5 min w termomikserze. 

background image

•  Dodano 90 μl pożywki płynnej LB i inkubowano w termomikserze w temperaturze 37ᴼC przez 

20 min. 

•  W  ostatnim  kroku  przeniesiono  200  μl  zawiesiny  transformowanych  komórek  na  szalkę 

Petriego z podłożem LB–agar, zawierającym karbenicylinę w stężeniu końcowym 100 μg/ml. 

•  Wykonano posiew dywanowy za pomocą sterylnej głaszczki. 
•  Następnie  prowadzono  inkubację  płytek  przez  12h  w  37ᴼC,  po  czym  policzono  kolonie 

transformantów wyrosłe na płytce po ligacji i na płytce kontrolnej. 
 
 

2. Wyniki i obserwacje 
 

• Objętości starterów użytych w reakcji PCR w próbce i kontroli otrzymano w wyniku poniższych 

obliczeń: 

 

a)  Starter WR5 (forward)  
 

MW = 29 nukleotydów x 320 g/mol nul. = 9280 g/mol 

 

9280 g 

 

1 mol 

x

1

   

 

50 x 10

-12

 mola   

 

 

x

1

   = 

4,64 x 10

-7

 g    masa startera WR5 [g] 

 

C

1

 = 1,14 x 10

-7

 g/μl stąd: 

 
 

 

 

 

1,14 x 10

-7

 g   - 

1 μl 

 

 

 

 

4,64 x 10

-7

  

V

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

1

  

4,1 μl    objętość startera WR5 [μl] 

 
b)  Starter WR6 (reverse)  
 

MW = 30 nukleotydów x 320 g/mol nul. = 9600 g/mol 

 

9600 g 

 

1 mol 

x

2

   

 

50 x 10

-12

 mola   

 

 

x

2

   = 

4,80 x 10

-7

 g    masa startera WR5 [g] 

 

C

2

 = 1,14 x 10

-7

 g/μl stąd: 

 
 

 

 

 

1,14 x 10

-7

 g   - 

1 μl 

 

 

 

 

4,80 x 10

-7

  

V

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

2

  

4,2 μl    objętość startera WR6 [μl] 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

• Przeprowadzony program PCR: 

 

 
Temp 1  

94ᴼC 

Czas 1   

5 min   

„gorący start” 

Cykl 1   

----- 

 

 

Dodanie 1 μl termostabilnej polimerazy DNA 

 
Temp 2  

94ᴼC 

Czas 2   

1 min   

 

 

denaturacja DNA 

Cykl 2   

----- 

 
Temp 3  

58ᴼC 

Czas 3   

0,5 min  

 

5x 

stapianie 

 

 

MATRYCA 

Cykl 3   

----- 

 

 

 

 

 

 

 

PIERWOTNA 

 
Temp 4  

72ᴼC 

Czas 4   

0,5 min  

 

 

polimeryzacja 

Cykl 4   

do 2-giego 

 
Temp 5  

94ᴼC 

Czas 5   

1 min   

 

 

denaturacja 

Cykl 5   

----- 

 

 

 

 

 

15x 

Temp 6  

72ᴼC 

Czas 6   

1 min   

 

 

stapianie i polimeryzacja 

Cykl 6   

do 5-ego 

 

 

 

 

 

 

MATRYCA 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WTÓRNA 

Temp 7  

72ᴼC 

Czas 7   

2 min   

 

 

dokończenie polimeryzacji 

Cykl 7   

----- 

 
Temp 8  

4ᴼC 

Czas 8   

PAUZA   

 

 

zakończenie (schłodzenie mieszaniny reakcyjnej) 

Cykl 8   

----- 

 
 
 
 

• Do przygotowana próbki do elektroforezy plazmidu pGEX-2T zastosowano końcową objętość 12 

μl, tak aby roztwor 2 μl 6xSB rozcieńczony był w niej 6 razy (do stężenia 1x) i to z niej wynikają 
ilości pozostałych składników. W ten sposób użyto 3 ěl plazmidowego DNA i 7 μl roztworu TE. 

 
 
 
 
 
 

 

background image

• Wyniki  elektroforetycznej  analizy  plazmidowego  DNA,  oczyszczonego  po  trawieniu  i 

defosforylacji przedstawione są poniżej. Żel analizowano w świetle UV przy krótszej długości fali 
254 nm. 

 
 

 

 

No. 

Label 

Type 

Mean Bkgd. 

(Int) 

Abs. Quant. 

(ng) 

Rel. 

Quant. 

# of 

Pixels 

Area 

(mm2) 

U1 

Unknown 

489,61 

103,23 

263,87 

5885,00 

24,60 

U2 

Unknown 

338,98 

0,39 

1,00 

2592,00 

10,84 

U3 

Unknown 

332,32 

0,93 

2,38 

2574,00 

10,76 

U4 

Unknown 

330,42 

0,66 

1,70 

3162,00 

13,22 

U5 

Unknown 

325,43 

0,46 

1,18 

3605,00 

15,07 

U6 

Unknown 

330,27 

3,12 

7,99 

3003,00 

12,55 

B1 

Background 

344,04 

N/A 

N/A 

20496,00 

85,68 

Std1 

Standard 

364,50 

20,00 

51,12 

4158,00 

17,38 

 
 

• Wymagana była minimalna ilość 5 ng wektora, dlatego też do dalszych badań użyto próbki grupy I 

(U1), gdzie wektor znajdował się w najwyższym stężeniu. Elektroforezę przeprowadzono przy 3 μl 
roztworu plazmidowego. Stężenie to policzono wg. poniższego schematu: 

 

23

,

103

=

m

[ng] 

3

=

V

[μl] 

  

=

l

ng

V

m

C

µ

    

=

l

ng

C

wekt

µ

41

,

34

 

 

background image

400 bp 

100 bp 

• Podobnie,  w  elektroforezie  analitycznej  produktów  PCR  zastosowano  końcową  objętość  12  μl. 

Pobrano 5 μl próbki po PCR spod oleju, 5 μl roztworu TE i 2 μl 6xSB (aby jego końcowe stężenie 
w 12 μl wynosiło 1x). Jednak po nabraniu całej zawartości do pipety okazało się, że dokładna ilość  
mieszaniny reakcyjnej wynosi 11,7 μl. 

• Kontrola  przygotowana  została  tak  samo,  jak  próbka,  jednak  5  μl  próbki  po  PCR  pobierano  

z kontroli  z reakcji PCR. Końcowa objętość wynosiła 12 μl. 

• Elektroforeza  analityczna  produktów  PCR  niestety  nie  przyniosła  pożądanych  rezultatów. 

Widoczna  jest  jedynie  smuga  po  użytych  starterach  przy  każdej  studzience.  Żel  analizowano 
w świetle UV przy krótszej długości fali 254 nm. 

 

 

 

 
 
 

• Podczas  izolacji  produktu  PCR  zastosowano  5-krotny  nadmiar  roztworu  G  (223  μl).  Dokładną 

objętość wyliczono na podstawie posiadanych ilości produktu PCR: 39,3 μl i 5,3 μl – razem 44,6 μl. 

 

223

5

6

,

44

=

 μl roztworu G 

 

• Do  ligacji  wektora  pGEX-2T,  zlinearyzowanego  enzymem  BamHI  i  defosforylowanego 

(pGEX-2T/BamHI)  fragmentem  DNA  kodującym  domenę  wiążącą  DNA  receptora 
ekdysteroidowego  (EcRDBD/BamHI)  przy  użyciu  ligazy  T4  użyto  następujących  ilości 
poszczególnych składników: 

 

Wyjściowe stężenie wektora, obliczone na podstawie wyników elektroforezy, wynosiło 34,41 
ng/μl. Wymagane było rozcieńczenie do stężenia 15 ng/μl, zatem policzono rozcieńczenie: 

29

,

2

15

41

,

34

=

=

p

k

V

V

R

 

5000 bp 

850 bp 

2000 bp 

background image

 

Zatem mamy objętość 7,5 μl wektora 

 

p

k

V

V

R

=

 

 

p

k

V

R

V

=

 

 

175

,

17

5

,

7

29

,

2

=

=

k

V

 μl 

 

 
Objętość roztworu TE:  

7

,

9

675

,

9

5

,

7

175

,

17

=

=

TE

V

μl  

(wtedy właśnie stężenie wektora wynosi 15 ng/μl) 

 

Wektor pGEX-2T: 
 

15

=

wektora

C

ng/μl 

20

=

wektora

m

ng (20 x 10

-9

 g)   

V

m

C

wektora

=

 

 

C

m

V

wektora

=

   

 

l

V

wektora

µ

5

,

1

33

,

1

15

20

=

=

 

 
W przypadku insertu DNA stosowany był 4-krotny nadmiar molowy (n

insertu

 = 4n

wektora

): 

 

3

=

insertu

C

ng/μl 

4948

=

wektora

L

pz 

306

=

insertu

L

pz 

640

=

bp

M

g/mol pz 

3166720

4948

640

=

=

wektora

M

g/mol 

195840

306

640

=

=

insertu

M

g/mol 

15

9

10

316

,

6

3166720

10

20

=

=

=

wektora

wektora

wektora

M

m

n

mol

14

15

10

526

,

2

10

316

,

6

4

4

=

=

=

wektora

insertu

n

n

mol 

 

95

,

4

10

95

,

4

195840

10

526

,

2

9

14

=

=

=

g

M

n

m

insertu

insertu

insertu

ng 

 

insertu

insertu

insertu

C

m

V

=

 

 

l

C

m

V

insertu

insertu

insertu

µ

65

,

1

3

95

,

4

=

=

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Po  inkubacji  bakterii    w  37ᴼC  policzono  kolonie  transformantów  wyrosłe  na  płytce  po  ligacji  i 

płytce  kontrolnej.  Stopień  religacji  wektora  policzono,  dzieląc  liczbę  kolonii  wyrosłych  na  płytce 
kontrolnej przez liczbę kolonii na płytce „po ligacji”. Wynik podano w procentach: 

 

Liczba kolonii na płytce kontrolnej: 

 2 

Liczba kolonii na płytce „po ligacji”: 

 14 

 

Stopień religacji: 

%

28

,

14

%

100

14

2

%

=

=

religacji

 

 
 
 

background image

3. Wnioski 

 
Zastosowane  zostały  startery  WR5  i  WR6  o  długości  odpowiednio  29  i  30  nukleotydów  o 
temperaturze stapiania równej 58ᴼC, wyliczonej na podstawie obecności poszczególnych par zasad 
we fragmentach. Im starter jest dłuższy, tym  specyficzność reakcji PCR jest wyższa. 
 
Jony  Mg

2+

  obecne  w  mieszaninie  reakcyjnej  PCR  w  buforze  tworzą  kompleksy  z  DTP,  starterami  i 

matrycą DNA, stąd też wymagane jest ich odpowiednie stężenie. Jeśli jest ono zbyt niskie, produktów 
PCR jest mało i wydajność reakcji spada. Z kolei jeśli występuje zbyt wysokie stężenie, może powstać 
wiele niespecyficznych produktów.  
 
Ważne  są  równe  ilości  dNTP  (dATP,  dCTP,  dGTP  i  dTTP)  w  mieszaninie  reakcyjnej,  gdyż  różnica  w 
stężeniu nawet jednego z deoksynukleotydów drastycznie zwiększa poziom źle włączonych zasad. 
 
50  μl  oleju  parafinowego  dodano  na  powierzchnię  mieszaniny  reakcyjnej  w  celu  zapobieżenia  jej 
parowaniu.  Tzw.  „gorący  start”  zastosowany  został  w  celu  stworzenia  optymalnych  warunków  dla 
działania  polimerazy  DNA.  Nastąpiła  denaturacja  ewentualnych  zanieczyszczeń  białkowych  i 
zwiększona została wydajność enzymu. Dopiero po przeprowadzeniu „gorącego startu” dodano 1 μl 
enzymu. 
 
Z  racji  wprowadzania  miejsca  restrykcyjnego,  przeprowadzone  zostały  2  cykle  podczas  reakcji  PCR. 
Wynika to z faktu, że użyta matryca nie zawierała wcześniej miejsca restrykcyjnego. 
 
W wyniku elektroforezy analitycznej nie otrzymano produktów PCR. Możliwe jest, że do mieszaniny 
reakcyjnej nie dodano matrycy DNA, co objawia się właśnie brakiem tej matrycy na żelu. Widoczna 
jest jedynie smuga po użytych starterach.