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阪崎肠杆菌核酸提取纯化方法分析比较



全 文 :研究报告
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010年第 4期
阪崎肠杆菌核酸提取纯化方法分析比较
刘张岚 1  王晶 1  石磊 2  黄晓蓉3  张玲1
( 1中国计量科学研究院生物能源与环境研究所,北京 100013;
2华南理工大学食品学院,广州 510640; 3福建省出入境检验检疫局,福州 350001 )
  摘  要:  阪崎肠杆菌是一种食源性致病菌, 目前越来越多的分子检测技术用于该菌的检测, 以取代传统的检测技术。
针对分子检测技术相应的核酸标准物质的研制势在必行。核酸的提取和纯化是核酸标准物质的研制过程中的重要环节之
一, 快速高效高质量,低毒低成本已成为核酸提取的重要目标。就现有方法进行分析比较, 重点对常用的三种提取微生物基
因组 DNA的试剂盒进行了全方位比较, 获得了阪崎肠杆菌较优的基因组 DNA提取方法,并对提取的 DNA进行 PCR特异性扩
增检测, 获得较清晰的谱带。为阪崎肠杆菌核酸标准物质的研制奠定了基础。
关键词:  阪崎肠杆菌  DNA提取纯化  方法比较  标准物质
Comparing ofNucleicAcid Extraction and Purification
Methods forEnterobacter sakazakii
L iu Zhang lan
1
W ang J ing
1  Shi Lei2  Huang X iaorong3  Zhang L ing1
(
1
National Institute of M etro logy, Beij ing 100013;
2
South China University of T echnology, Guangdong 510640;
3
Fujian EntryEx it Insp ection& Quarantine Bureau of P. R. C, Fuzhou 350001)
  Abstrac:t  Enterobacter sakazakii is a foodborne pathogen. Currently, there are a grow ing number of mo lecu la r detection tech
n iques for the detec tion o fEnterobacter sakazakii in o rder to replace the trad itiona l de tection techn iques. To develop the correspond ing
nuc leic ac id referencem a terials is imperative for the m o lecular detection techno logy. Nucle ic acid ex traction and purification is a key
link o f deve lopm ent in nucleic ac id re ference ma teria ls. W ith cha racte ristic o f rapid, e fficien t, h ighquality, low tox ic ity and low cost
has becom e an importan t targ et of nucle ic ac id ex traction. In this paper, w e com pa red som e ex isting m ethods for ex tracting DNA, espe
cially focusing on three k inds o f DNA ex traction k id m ethods fo r ex trac ting genom e DNA from m icrobe, and obta ined a satisfactory
m ethod fo r ex trac ting genom e DNA form Enterobacter sakazakii. Add itiona lly, we used specia lly amp lified PCR de tection fo r ex tracted
genom e DNA, and ob tained a clearer band, therefore lay ing the foundation for the deve lopm en t in nucle ic ac id reference m ater ia ls.
Key words:  Enterobacter sakazak ii DNA ex traction and purification M ethods com paring Nucle ic ac id reference ma teria ls
收稿日期: 20091207
基金项目: 十一五 !国家科技支撑计划项目 ( 2006BAK04A02)
作者简介:刘张岚,女,硕士,研究方向:分子生物学; Ema i:l liu zhang lan@ yahoo. cn
通讯作者:王晶, Em ai:l w@j n im. ac. cn
阪崎肠杆菌 (Enterobacter sakazakii )是寄生在人
和动物肠道中的一种革兰阴性无芽孢杆菌, 作为肠
杆菌科肠杆菌属的一种, 一直被称为黄色阴沟肠杆
菌 (Enterobacter cloacae ) ,直到 1980年才更名为阪崎
肠杆菌 [ 1]。该菌是一种食源性致病菌, 近十年来,
由食物中的微生物引起的经食物传播的疾病有不断
上升的趋势。2004年 2月, FAO /WHO在日内瓦召
开的有关婴幼儿配方奶粉中阪崎肠杆菌及其他病原
微生物的专家咨询会上,专家委员会认为,奶粉中的
阪崎肠杆菌和沙门氏菌等是导致婴幼儿感染、发病
和死亡的主要原因 [ 2]。阪崎肠杆菌能引起严重的
新生儿脑膜炎、败血症、坏死性小肠结膜炎, 并且可
引起神经系统后遗症和死亡, 该菌感染引起的死亡
率高达 50%以上 [ 3]。因此,婴儿配方奶粉中阪崎肠
生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 4期
杆菌的污染引起了 FAO /WHO及各国的高度重视。
2005年,我国参照 FDA推出了出入境检验检疫行
业标准, SN /T 1632∀奶粉中阪崎肠杆菌检验方法 #
第 1部分:分离与计数方法; 第 2部分: PCR检验方
法;第 3部分:荧光 PCR检验方法。
随着分子生物学的发展,越来越多的分子检测技
术已逐步取代了繁琐的传统检测技术而被广泛应用,
如荧光 PCR、测序、核苷酸序列分析、分子克隆等。而
这些日渐兴起的分子检测技术目前缺乏标准物质作
为统一参照物, 使得检测结果不可靠, 不统一, 不准
确。因此,针对分子检测技术相应的核酸标准物质的
研制势在必行。而核酸的提取和纯化在核酸标准物
质研制过程中是至关重要的一步,如何快速高效高质
量、低毒低成本的提取核酸是首要解决的问题之一。
目前,国内外关于微生物基因组 DNA提取的方法
很多, 根据研究对象和目的不同而方法各异。对于革
兰氏阴性杆菌,根据提取原理的不同可分为:水煮法,
如水煮沸、碱裂解液煮沸、Che lex100煮沸等;传统法,
如 CTAB法、碱裂解法、SDS裂解法、Triton溶菌酶裂解
法等;试剂盒法,如吸附柱型细菌基因组提取试剂盒、
磁珠法细菌基因组提取试剂盒等。水煮法的原理是在
煮沸条件下, 可以使细胞膜破裂,并使蛋白质变性,
DNA游离。传统法的原理是用裂解液裂解细菌体,破
坏细胞壁,释放 DNA,用 SDS、蛋白酶 K去除蛋白质,采
用酚 /氯仿多次抽提纯化 DNA。试剂盒法的原理主要
是 DNA能够被树脂、二氧化硅等特异性吸附,使用树
脂、硅基质材料做成的离心吸附柱对原料进行层析过
柱,最后得到纯化的 DNA。DNA也能够特异性地吸附
在磁珠粒子表面,磁珠粒子被磁性材料捕获后,通过洗
涤过程将非特异结合物除去,结合在磁珠上的 DNA被
洗脱液洗脱。3种方法优缺点比较见表 1。
表 1 三种提取微生物基因组 DNA方法的优缺点比较
方法 优点 缺点
水煮法 操作最简便,对试剂条件要求低,低成本
提取的 DNA纯度不够高,
可能会含有 RNA、蛋白等
杂质, DNA易变性等
传统法 提取的 DNA产量和纯度较高
操作繁琐, 耗时长, DNA
损失量大,产率低,且有污
染和毒性作用等
试剂盒法 提取的 DNA产量和纯度高,操作简单,无毒 成本相对较高
从表 1可看出水煮法和传统法有较明显的缺
点,试剂盒法的优点比较显著。传统法的主要缺点
是操作繁琐,耗时长,由于使用较多的有机试剂因而
具有污染和毒性作用。随着分子生物学研究方法的
发展,传统方法提取核酸已逐渐被商业试剂盒所取
代。相较之下,商业试剂盒具有提取 DNA产量和纯
度高,操作简单, 无毒等显著优势, 成本虽然较高,
但价格能被普遍接受, 因而在各实验室被普遍使
用。当然使用者会根据自己试验对象和目的, 使
用不同的提取方法,例如,一般的定性 PCR检测使
用水煮法和传统法便可满足需要, 定量 PCR或对
纯度要求高的后续实验用传统法和试剂盒的效果
较好。主要针对研制核酸标准物质为目的, 采用
试剂盒法, 全方位比较 3种提取微生物基因组
DNA的试剂盒。
1 材料与方法
11 菌株、试剂与仪器
阪崎肠杆菌菌株 ( ATCC 50525)来源于上海出
入境检验检疫局。无水乙醇 (分析纯 ); DNA Ladder
(M BI生物科技有限公司 ) ; DNA扩增试剂盒 ( TaK a
Ra宝生物工程有限公司 ) ; RNase A, TaqDNA多聚
酶 ( TaK aRa宝生物工程有限公司 ) ; BH I脑心浸粉
(广州环凯生物科技有限公司 )。1号提取细菌基因
组 DNA试剂盒 (北京天根生化科技有限公司 ) ; 2号
提取细菌基因组 DNA试剂盒 (广州东盛生物科技有
限公司 ); 3号提取细菌基因组 DNA试剂盒 ( TaKaRa
宝生物工程有限公司 )。引物序列: 1F: 5∃GGGTT
GTCTGCGAAAGCGAA3∃, 1R: 5∃GTCTTCGTGCTG
CGAGTTTG3∃, 2F: 5∃AAAGCAATCGACAAGAAGTG
GTG3∃, 2R: 5∃ACGTAATGGCGTTGCCGAAGAAA3∃。
生物安全柜 ( B aker, Steril GARD ); 高速离心
机 ( 12 000 r /m in) ;紫外分光光度计 ( B ioR ad, Smart
Spec
TM
Plus) ; 紫外凝胶成像仪 ( B ioRad, Gel DocTM
XR); PCR仪 ( Applied B iosystems, 9700型 ) ; 电泳
仪; 高温高压灭菌器;恒温培养箱等。
12 微生物基因组 DNA的提取方法
将阪崎肠杆菌接种于 3 mL BH I肉汤中, 37% 恒
温培养 7- 8 h, 将菌液浓度调整到 106 - 108个 /mL。
分别用上述 3种试剂盒提取阪岐肠杆菌基因组 DNA,
按照试剂盒说明书进行操作。
180
2010年第 4期     刘张岚等:阪崎肠杆菌核酸提取纯化方法分析比较
121 1号细菌基因组 DNA提取试剂盒  取菌液
1- 5mL, 10 000 r/m in离心 1 m in,吸净上清液向菌
体沉淀中加入 200 L缓冲液 GA,振荡至菌体彻底
悬浮。向管中加入 20 L蛋白酶 K溶液,混匀。加
入 220 L缓冲液 GB, 振荡 15 s, 70% 放置 10 m in。
加入 220 L无水乙醇,充分振荡混匀 15 s。将上一
步所得溶液盒絮状沉淀都加入一个吸附柱 CB3,
12 000 r /m in离心 30 s,倒掉废液, 将吸附柱 CB3放
入收集管中。向吸附柱 CB3中加入 500 L缓冲液
GD, 12 000 r/m in离心 30 s, 倒掉废液, 将吸附柱
CB3放入收集管中。向吸附柱 CB3中加入 700 L
漂洗液 PW, 12 000 r /m in离心 30 s,倒掉废液, 将吸
附柱 CB3放入收集管中。向吸附柱 CB3中加入 500
L漂洗液 PW, 12 000 r/m in离心 30 s, 倒掉废液,
将吸附柱 CB3放入收集管中。 12 000 r /m in离心 2
m in,倒掉废液, 将吸附柱 CB3置于室温放置数分
钟,以彻底凉干残余的漂洗液。将吸附柱 CB3转入
一个干净的离心管中, 向吸附膜悬空滴加 50 - 200
L的洗脱缓冲液 TE, 室温放置 2- 5 m in, 12 000 r/
m in离心 2 m in, 将 DNA溶液收集到离心管中。
122 2号细菌基因组 DNA快速提取试剂盒  取
菌液 1- 5 mL, 10 000 r/m in离心 1m in,尽量吸净上
清液。加入 XY1液 100 L, 振荡至菌体彻底悬浮。
加入 600 L细胞核裂解液 XY2, 漩涡振荡悬浮沉
淀,室温放置 10m in, 12 000 r /m in, 离心 1 m in。将
上清转移至核酸纯化柱中, 室温放置 2 m in, 12 000
r /m in离心 2 m in, 弃滤液。加 500 L溶液 XY3于
柱中, 12 000 r /m in离心 1m in, 弃滤液,该步骤重复
一次。 12 000 r/m in再离心 2 m in, 以便除干乙醇。
将纯化柱置于一新离心管, 加 30 - 100 L 溶液
E lutent于柱中央,室温放置 2 m in, 12 000 r /m in,离
心 2 m in,得到基因组 DNA溶液。
123 3号细菌基因组 DNA小量纯化试剂盒  取
菌液 1- 5 mL, 10 000 r/m in离心 1m in,尽量吸净上
清液。用 150 L的 SP Buffer(含 RNaseA1)充分悬
浮细菌沉淀。加入 20 L Lysozyme溶液, 混匀后室
温放置 5 m in。加入 30 L EDTA Bu ffer, 混匀后室
温放置 5 m in。加入 200 L的 Solution A,剧烈振荡
后 65% 放置 10 m in。加入 400 L的 Solution B,剧
烈振荡 15 s。加入 650 L的 So lut ion C,上下颠倒
混匀, 12 000 r/m in离心 1 m in。先弃去上层有机
相, 然后将下层水相移入预先置于 15mL离心管上
的 Filter Cup中, 12 000 r /m in离心 1 m in。弃 Filter
Cup,在滤液中加入 450 L DB Bu ffer, 混匀。将试
剂盒中的 Spin Co lumn安置于 Co llection Tube上, 将
上述操作 9的混合液转移至 Spin Co lumn中, 12 000
r/m in离心 1m in,弃滤液。将 500 L的 R inse A加
入至 Spin Co lumn中, 12 000 r /m in离心 1 m in,弃滤
液。将 700 L的 R inse B加入至 Sp in Co lumn中,
12 000 r/m in离心 1 m in, 重复该步骤 1次。将 Spin
Co lumn安置于新的离心管上, 在 Spin Co lumn膜中央
加 入 60 L E lution Buffer, 室 温 静 置 1 m in,
12 000 r /m in离心 1m in洗脱 DNA。
13 提取的基因组 DNA质量检测
取 5 L提取的细菌 DNA,用 18%琼脂糖凝胶
( 110 V )电泳 40 m in, 置紫外凝胶成像仪下观察
DNA条带的完整性, 有无蛋白、RNA等污染。取 10
L提取的细菌 DNA,用蒸馏水稀释至 100 L,在紫
外分光光度计下测量波长 260 nm 和波长 280 nm
OD值,计算 DNA纯度和浓度。
14 聚合酶链式反应 ( PCR )
扩增 282 bp片段, PCR扩增的反应体系为: 50
L总体积反应体系, 含 5 L 10 & Reaction Buffer
(酶缓冲液 ); 4 L dNTP m ix ture ( 10 mM ) (碱基 ) ; 1
L Primer1 ( 1F) (正向引物 ) ; 1 L Primer2 ( 1R )
(反向引物 ); 15 L DNA Template; 025 L Taq
DNA聚合酶; 3725 L ddH 2O。 PCR扩增条件:
94% 预变性 5m in, 94% 变性 30 s, 54% 退火 30 s, 35
个循环, 72% 延伸 7m in。
扩增寡1, 6葡萄糖苷酶毒力基因, 1 521 bp。
PCR扩增的反应体系: 50 L总体积反应体系, 含
5 L 10 & React ion Buffer; 4 L dNTP m ix ture
( 10mM ); 1 L Primer1 ( 2F); 1 L Primer2 ( 2R);
15 L DNA Template; 025 L Taq DNA polymerse;
3725 L ddH2O。PCR扩增条件: 94% 预变性 5m in,
94% 变性 30 s, 57% 退火 30 s, 35个循环, 72% 延伸
7m in。
PCR扩增产物检测: 取 5 L PCR反应产物, 用
15%琼脂糖凝胶 ( 100 V )电泳 40 m in , 置紫外凝
胶成像仪下观察 DNA特异性条带。
181
生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 4期
2 结果与分析
21 基因组 DNA的提取结果
紫外凝胶成像仪下观察 1号、2号、3号试剂盒
提取的 DNA条带的完整, 片段大, 无蛋白、RNA等
杂质污染。但天根试剂盒提取的基因组 DNA的产
量最高, TaK aRa试剂盒提取的效果不佳 (图 1)。用
紫外分光光度计检测 DNA纯度和浓度,对于纯净的
DNA样品, OD260 /OD280为 18- 20, 当 OD260 /OD280
大于 19时有 RNA污染, OD260 /OD 280小于 16时有
蛋白质、酚等杂质的污染。表 2为 3种试剂盒提取
基因组 DNA的纯度和浓度比较, 3种试剂盒各取 8
个细菌样本数,明显看出 1号试剂盒提取的 DNA无
论纯度还是产量都是最好的。
1、2为 1号试剂盒; 3、4为 2号试剂盒; 5、6为 3号试剂盒
图 1 三种试剂盒提取的基因组 DNA电泳结果
表 2 三种试剂盒提取基因组 DNA的纯度和浓度比较
试剂盒 细菌样本数
( n )
纯度 (OD260 /OD280 )
( x∋ ( s)
DNA产量 ( g /108菌 )
( x∋ ( s)
1号 8 1 84 ( 0 10 16324 ( 48 52
2号 8 1 52 ( 0 13 59 78 ( 17 72
3号 8 169 ( 0 10 35 88 ( 19 09
22 PCR扩增毒力基因片段
从图 2可以看出 PCR扩增的 282 bp和 1 521 bp
的片段无非特异性扩增的杂带,扩增效果良好。反应
体系中的模板 DNA为 1号试剂盒所提取的基因
组 DNA。
23 三种试剂盒的比较
综上述试验结果,表 3为 3种试剂盒全方位的
优缺点比较。从表 3可以看出 1号试剂盒实验步骤
最少、提取耗时最短仅 30m in、纯度高以及产量高等
优势,且价格最低, 总体好于其他两种试剂盒。
图 2 PCR扩增产物电泳结果
表 3 三种试剂盒的比较
试剂盒 步骤 时间 ( h) 纯度 DNA产量 (g /108菌 )
1号 11 1 18 163
2号 05 15 59
3号 14 15 16 35
3 讨论
目前,细菌基因组 DNA提取的方法繁多, 不同
的方法都有其各自的优缺点,在提取的产量、纯度、
价格、时间等方面都有所差别。根据不同实验室的
研究对象及研究目的而选择不同的提取方法。本研
究针对研制核酸标准物质为目的, 考察 DNA提取方
法, 通过比较传统方法和 3种试剂盒方法的之间的
差异,重点以 3种试剂盒方法为主进行试验比较。
比较 3种试剂盒的提取效果,紫外凝胶成像仪下
观察 3种试剂盒提取的 DNA条带的完整,片段大,无
蛋白、RNA等杂质污染。但 1号试剂盒提取的基因
组 DNA的产量最高, 3号试剂盒提取的效果不佳。 2
号试剂盒操作简便,用时很短,但提取的 DNA纯度和
产量较低。对后续试验要求不高,希望快速提取,用
2号试剂盒可以满足要求。 3号试剂盒成本最高,步
骤多用时长,其中水相和有机相的分离较难操作,很
可能是照成纯度和产量不高的主要原因。天根试剂
盒具有价格低、步骤少,耗时最短仅 30m in、纯度高以
(下转第 202页 )
182
生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 4期
305 g /mL。说明红酵母菌 NZ01优化后的发酵
条件可以应用于中试生产上。
参 考 文 献
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(上接第 182页 )
及产量高等优势。1号试剂盒采用可以特异性结合
DNA的离心吸附柱和独特的缓冲液系统提取细菌
的基因组 DNA,离心吸附柱中采用的硅基质材料为
该公司特有的新型材料, 能够高效、专一吸附 DNA,
可最大限度去除杂质蛋白及细胞中其他有机化合
物,提取到高质量的 DNA。后续的 PCR扩增的 282
bp和 1 521 bp的片段无非特异性扩增的杂带,扩增
效果良好。该试剂盒提取的 DNA片段大、纯度高、
质量稳定可靠,可以为细菌基因组 DNA的提取提供
有效的提取方法。
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