Giải trình tự gene và phân tích sinh học phân tử đã trở thành một tiêu chuẩn trong nghiên cứu sinh học và cũng là điều kiện cần thiết để có thể công bố trên các tạp chí khoa học. Ngoài lĩnh vực nghiên cứu, việc tinh sạch DNA cũng là một thao tác cơ bản trong phân tích pháp y. Do đó, các nhà khoa học đã thiết kế ra một phương pháp giúp tách chiết DNA và RNA nhanh, chất lượng cao từ các mẫu sinh phẩm.
Kề từ công bố đầu tiên của Friederich Miescher năm 1869, hiểu biết của con người về vật liệu di truyền ngày càng tăng. Ban đầu, việc tinh sạch rất đơn giản, chỉ đơn giản là kết tủa DNA trong môi trường acid và hòa tan trong dung dịch alkaline, quy trình này được thực hiện đến năm 1953, khi cấu trúc DNA được làm sáng tỏ bởi Watson và Crick, lúc bấy giờ, người ta mới chú ý đến việc phát triển quy trình tinh sạch DNA.
Việc tách chiết DNA cơ bản gồm ba bước: phá màng (disruption/lysis), loại protein và tạp chất, thu hồi DNA. Bước đầu của quy trình, phá màng nhân và màng tế bào được thực hiện một cách “cơ học”. Mô được để đông lạnh trong ni-tơ lỏng, việc sốc nhiệt dẫn đến sự tan vỡ của các siêu cấu trúc và phá hủy màng tế bào. Dịch mẫu sau đó được hòa tan trong các dung môi và muối để loại bỏ các protein không mong muốn, bất hoạt DNAses và thu hồi DNA trong dung dịch đêm. Dung môi hữu cơ phenol- chloroform được sử dụng để cô đặc DNA ở pha ưa nước. Dung dịch này được thu lại, ly tâm và rửa đến khi thu hồi được DNA. Ở các hệ thống ban đầu, DNA được kết tủa dưới dạng hạt ở đáy ống và có thể hòa tan và sử dụng. Với mục đích cuối cùng là tăng sản lượng và chuẩn hóa quy trình giữa các phòng thí nghiệm, các hệ thống sử dụng hệ thống chiết pha rắn được phát triển. Hiện nay, các bộ kit thương mại sử dụng hỗn hợp các dung môi và cột chiết pha rắn được sử dụng rộng rãi nhằm tách và tinh sạch DNA và RNA.
Cột chiết trong các kit thương mại chứa mạng lưới silica, các hạt thủy tinh, diatomit hay nhựa thay đổi anion. DNA và RNA sẽ bám lên cột trong khi protein và các tạp chất khác được rửa bằng ethanol. Sau các bước rửa và ly tâm, nucleic acid được thu lại trong dung môi là nước. Trong các bộ kít thương mại, DNA được tách một cách dễ dàng, nhanh và có chất lượng cao. Tuy nhiên, quy trinh thực hiện tách chiết cần rất nhiều đệm, dung môi, ly tâm nhiều lần, tốn nhiều thời gian để hoàn thiện. Đê khắc phục các nhược điểm này, các nhà khoa học đã phát triển phương pháp tinh sạch DNA bằng hạt từ.Một bằng sáng chế của Hoa Kỳ với tiêu đề: “Tinh sạch và tách chiết DNA sử dụng hạt từ” được công bố năm 1998. Ban đầu, công nghệ tách chiết từ sử dụng các hạt với lõi sắt oxit được bọc silane. Bề mặt hạt sẽ liên kết với các phân tử có chứa acid carboxylic tự do. Do nồng độ muối xác định cường độ liên kết giữa các nhóm chức và nucleic acid nên người dùng có thể điều khiển khả năng liên các phân tử. Ở nồng độ muối thích hợp, nucleic acid sẽ bám trên bề mặt hạt từ. Sau đó, nam châm bên ngoài ống sẽ tạo một từ trường bên ngoài, các hạt từ đã gắn nucleic acid sẽ bị từ trường này tác động và bám trên thành ống. Một biến thể khác cũng được sử dụng là từ trường sẽ chạy dọc theo chiều dài ống, các hạt từ lúc này sẽ bị kéo xuống đáy ống. Trong cả hai phương pháp, từ trường được giữ ổng định trong khi protein và các tạp chất khác vẫn có thể được rửa đi. Sau bước rửa, DNA và RNA được tách khỏi các hạt từ bằng cách sử dụng đệm tách. Sản phẩm của quá trình này có thể được đem đi định lượng và phân tích. Ưu điểm của phương pháp sử dụng hạt từ là không cần phải ly tâm, không cần nhiều thiết bị phụ trợ.
Trong những năm gần đây, có rất nhiều phương pháp mới được phát triển dựa trên cơ sở phương pháp tách chiết bằng hạt từ ban đầu. Các hạt từ có thể được làm từ nhựa tổng hợp, thủy tinh xốp hay các kim loại khác có tính chất tương tự như sắt oxit. Các hạt có thể được phủ các nhóm chức hay thậm chí là không cần phủ. Sự phát triển của các hạt từ không cần bọc được ưu tiên phát triển do chúng có diện tích bề mặt lớn hơn các hạt từ được bọc các nhóm chức bên ngoài, do đó tăng độ tiếp xúc với nucleic acid. Hơn nữa, các hạt từ không có vỏ có độ nhạy với từ trường cao hơn.
Rõ ràng, phương pháp tách chiết DNA sử dụng hạt từ có những cải tiến hơn so với các kỹ thuật tách chiết phụ thuộc vào ly tâm và đặc biệt là chúng thích hợp để phát triển thành các hệ thống tự động hoàn toàn. Ưu điểm của các hệ thống này là công suất lớn, có thể làm nhiều mẫu một lúc, thời gian thực hiện ngắn.
Với những ưu điểm của mình, rõ ràng rằng phương pháp tách chiết sử dụng hạt từ sẽ rất hữu ích cho các nhà khoa học trong việc giải các bài toán hóc búa về phân tử dựa trên sự quan sát kiểu hình. Phân tích di truyền và vận dụng chúng là một hướng đi của tương lai, và việc sử dụng từ trường để tách chiết DNA và RNA sẽ trở thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu.
Biên dịch: Phạm Ngọc Sơn
Tài liệu tham khảo:
[1] Sepmag: www.sepmag.eu/
[2] DNA purification and isolation using magnetic particles. A Hawkins, T.
http://www.google.com/patents/US5705628. 1998. Google Patents.
[3] Tan SC, Yiap BC: “DNA, RNA, and Protein Extraction: The Past and The Present”, Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2009;2009:574398
[4] Z.M. Saiyed, C. Bochiwal, H. Gorasia, S.D. Telang, C.N. Ramchand: “Application of magnetic particles (Fe3O4) for isolation of genomic DNA from mammalian cells”, Analytical Biochemistry, Volume 356, Issue 2, 15 September 2006, Pages 306-308.
Điểm 4.6/5 dựa vào 36 đánh giá
EmoticonEmoticon