Воздействие полей разной природы на выход ДНК при выделении из модельных растворов на двуокиси кремния. 1. Влияние температуры
Автор: Петров Дмитрий Григорьевич, Макарова Е.Д., Корнева Н.А., Альдекеева А.С., Князьков Н.Н.
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Физика и химия приборостроения
Статья в выпуске: 2 т.25, 2015 года.
Бесплатный доступ
Изучено влияние температуры на выход ДНК M. tuberculosis при использовании модельных растворов и коммерческих силикатных микроколонок в интервале температур 20-90 °С. Показано, что величина выхода линейно зависит от температуры ( r = 0.990) в диапазоне 20-70 °С с максимумом при 70 °С. Выход ДНК немного уменьшается при более высоких температурах. Максимальное значение выхода составляет 73 %, т. е. выделение ДНК на 50 % эффективнее, чем при комнатной температуре. Температура, при которой достигается максимальный выход, немного ниже температуры плавления ДНК (76 °С). На основе предположения, что полученные результаты обусловлены главным образом изменением вязкости при увеличении температуры, была оценена применимость диффузионных уравнений для объяснения линейной зависимости выхода от температуры. Значения, рассчитанные для системы ДНК-H 2O, немного завышены, но качественно согласуются с полученной экспериментально зависимостью выхода ДНК от температуры. В случае когда при моделировании вместо воды использовали некоторые растворы электролитов, рассчитанные значения соответствовали экспериментально полученной зависимости выхода ДНК от температуры вплоть до 70 °С. Проведено краткое обсуждение возможного влияния некоторых физико-химических и гидродинамических процессов, происходящих при пропускании жидкости через пористую двуокись кремния, а также рассмотрены некоторые побочные эффекты условий проведения эксперимента.
Нуклеиновые кислоты, влияние температуры, выделение днк, очистка днк, концентрирование, диоксид кремния, двуокись кремния
Короткий адрес: https://sciup.org/14264980
IDR: 14264980
Influence of different kind external fields on DNA yield at isolation on silica from model solutions. 1. Effect of temperature
The temperature dependence of the M. tuberculosis DNA yield on commercial silica microcolumns from the model solutions in the range of 20 to 90 °C was studied. Linear yield-temperature relationship from 20 oC up to 70 °C was revealed ( r = 0.990), with maximum yield peaked at 70 °C. DNA yield show a slight decrease when heated at higher temperatures. The value of maximum yield is 73 %, i.e. DNA isolation is 50 % more efficient at 70 °C as against room temperature. The best DNA yield temperature is slightly below DNA melting temperature (76 °C). Assuming that the viscosity changes with temperature increase are mainly responsible for the observed data the applicability of diffusion equations was evaluated to account for the linear yield-temperature relationship. The calculated values are slightly overestimated but qualitatively agree well with experimental temperature dependence of DNA yield in case of DNA-H 2O system. The calculated data fit the experimental yield-temperature dependence well up to 70 °C with some electrolyte solutions in place of pure water in DNA solutions. The conceivable effects of some physico-chemical and hydrodynamic processes in the course of the liquid passage through porous silica are briefly touched along with something of side actions of the experimental conditions.
Список литературы Воздействие полей разной природы на выход ДНК при выделении из модельных растворов на двуокиси кремния. 1. Влияние температуры
- Антонова О.С., Корнева Ю.В., Белов Ю.В., Курочкин В.Е. Эффективные методы выделения нуклеиновых кислот для проведения анализов в молекулярной биологии (Обзор)//Научное приборостроение. 2010. Т. 20, № 1. С. 3-9.
- Boom R., Sol C.J.A., Salimans M.M.M. et al. Rapid and simple method for purification of nucleic acids//J. Clinical Microbiology. 1990. Vol. 28, No. 3. P. 495-503.
- Herzer S. DNA purification//molecular biology problem solver: a laboratory guide/Ed. A.S. Gerstein. Willey-Liss., Inc., 2001. P. 167-193.
- Silica membrane spin columns: nucleic acid isolation//Biopolymer Isolation Technologies, LLC. URL: (www.bpi-tech.com).
- Esser K.-H., Marx W.H., Lisowsky T. MaxXbond: first regeneration system for DNA binding silica matrices//Nature Methods. 2006. Application Notes. P. I-II.
- Melzak K.A., Sherwood C.S., Turner R.F.B., Haynes C.A. Driving forces for DNA adsorption to silica in perchlorate solutions//J. Colloid Interface Science. 1996. Vol. 181. P. 635-644.
- Vandeventer P.E., Lin J.S., Zwang T.J., et al. Multiphasic dna adsorption to silica surfaces under varying buffer, pH, and ionic strength conditions//J. Phys. Chem. B. 2012. Vol. 116, No. 19. P. 5 661-5 670. (Author manuscript).
- Lorenz M.G., Wackernagel W. Adsorption of DNA to sand and variable degradation rates of adsorbed DNA//Applied and Environmental Microbiology. 1987. Vol. 53, No. 12. P. 2 948-2 952.
- Tozak K.Ö., Erzengin M., Sargin İ., Ünlü N. Sorption of DNA by diatomite-Zn (II) embedded supermacroporous monolithic P (HEMA) Cryogels//EXCLI Journal. 2013. Vol. 12. P. 670-678.
- Enping H., Kiat H.C., Samper V. et al. Dependence of DNA adsorption to silicon dioxide on incubation temperature and time. 2002. URL: (staff.science.nus.edu.sg).
- Smerkova K., Dostalova S., Vaculovicova M. et al. Investigation of interaction between magnetic silica particles and lambda phage DNA fragment//Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2013. Vol. 86. P. 65-72.
- Ведерников В.Е. Сравнительные характеристики способов экстракции нуклеиновых кислот//Лаборатория. 2012. № 4. С. 14-15.
- Massi J., Lloyd L. Use temperature to enhance oligonucleotide mass transfer and improve resolution in ion-pair RP HPLC. Application Note. Agilent Technologies, Inc., 2011. (3 pages).
- Алексеев Я.И., Белов Ю.В., Варламов Д.А. и др. Приборы для диагностики биологических объектов на основе метода полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ)//Научное приборостроение. 2006. Т. 16, № 3. С. 132-136.
- Mitra A., Chakraborty P., Chattoraj D.K. Kinetics of adsorption of DNA at solid-liquid interfaces//J. Indian Chem. Soc. 2001. Vol. 78, no. 10-12. P. 689-696.
- Nanassy O.Z., Haydock P.V., Reed M.W. Capture of genomic DNA on glass microscope slides//Anal. Biochem. 2007. Vol. 365, No. 2. P. 240-245. (Author Manuscript).
- Cussler E.L. Diffusion: mass transfer in fluid systems. Cambridge University Press, 1997. 580 p.
- Николаев Н.И. Диффузия в мембранах. М.: Химия, 1980. 232 с.
- Wei X., Mares J.W., Gao Y. et al. Biomolecular kinetics measurements in flow cell integrated porous silicon waveguides//Biomedical Optic Express. 2012. Vol. 3, No. 9. P. 1 993-2 003.
- Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета/Пер. с польского под ред. Романкова П.Г. М.-Л.: Химия, 1966. 535 с.
- Справочник химика. 2-е изд. Т. I/Под ред. Б.П. Никольского. М.-Л.: ГХИ, 1962. 1167 c. (С. 985-986).
- Справочник химика. 2-е изд. Т. III. М.-Л.: Химия, 1964. (С. 715, 718).
- Rouzina I., Bloomfeld V.A. Force-induced melting of the DNA double helix. 2. Effect of solution conditions//Biophysical J. 2001. Vol. 80, No. 2. P. 894-900.
- Arkhangelsy E., Sefi Y., Hajaj B. et al. Kinetics and mechanism of plasmid DNA penetration through nanopores//J. Membrane Science. 2011. Vol. 371. P. 45-51.
- Haber C., Wirtz D. Shear-induced assembly of λ-phage DNA//Biophysical J. 2000. Vol. 79, No. 3. P. 1 530-1 536.
- Yan L., Iwasaki H. Fractal aggregation of DNA after thermal denaturation//Chaos, Solitons and Fractals. 2004. Vol. 20. P. 877-881.
- Ramachandran R., Somasundaran P. Effect of temperature on the interfacial properties of silicates//Colloids and Surfaces. 1986. Vol. 21. P. 355-369.
- Evenhuis C.J., Guijt R.M., Macka M. et al. Variation of zeta-potential with temperature in fused-silica capillaries used for capillary ekectrophoresis//Electrophoresis. 2006. Vol. 27. P. 672-676.
- Kirby B.J., Hasselbrink E.F., jr. Zeta potential of microfluidic substrates: 1. Theory, experimental techniques, and effects on separations//Electrophoresis. 2004. Vol. 25. P. 187-202.
- Wiśniewska M. The temperature effect on electrokinetic properties of the silica-polyvinyl alcohol (PVA) system//Colloid Polym. Sci. 2011. Vol. 289. P. 341-344.
- Ren L., Qu W., Li D. Interfacial electrokinetic effects on liquid flow in microchannels//International J. Heat Mass Transfer. 2001. Vol. 44. P. 3 125-3 134.
- Zhou X., Herold K.E. Streaming potential effects in flows on bio-chips//2003 Summer Bioengineering Conference, Jule 25-29, Sonesta Beach Resort in Key Biscayne, Florida. P. #0605. (2 pages).
- Isenhower J.P., Dove P.M. The dissolution kinetics of amorphous silica into sodium chloride solutions: Effect of temperature and ionic strength//Geochimica et Cosmochimica Acta. 2000. Vol. 64, No. 24. P. 4 193-4 203.
- Grerar D.A., Dove P.M. Kinetics of quartz dissolution in electrolyte solutions using a hydrothermal mixed flow reactor//Geochemistry of the Earth’s Surface and of Mineral Formation, 2nd International Symposium, July, 2-8. 1990. Aix en Provence, France. P. 301.
- Le-Tuan Pham A., Sedlak D.L., Doyle F.M. Dissolution of mesoporous silica supports in aqueous solutions: Implications for mesoporous silica-based water treatment processes//Applied Catalysis B: Environmental. 2012. P. 258-264.
- Dewan S., Yeganeh M.S., Borguet E. Experimental correlation between interfacial water structure and mineral reactivity//J. Phys. Chem. Lett. 2013. Vol. 4. P. 1 977-1 982.
- Zhang S., Liu Y. Molecular-level mechanisms of quartz dissolution under neutral and alkaline conditions in the presence of electrolytes//Geochemical Journal. 2014. Vol. 48. P. 189-205.
- Padilla I.Y., Jim Yeh T.-C., Conklin M.H. The effect of water content on solute transport in unsaturated porous media//Water Resources Research. 1999. Vol. 35, No. 11. P. 3 303-3 313.
