血液組成及血液基因組提取方法的介紹

背景：
隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基因組學(xué)研究已成為熱點(diǎn)。在分子遺傳學(xué)和分子流行病學(xué)中，無(wú)論是全基因組關(guān)聯(lián)分析GWAS（Genome-Wide Association Studies）、候選SNP（Single Nucleotide Polymorphism）位點(diǎn)基因分型，還是基因組文庫(kù)的建立，都需要從大批量血液樣本中提取基因組DNA。因此，如何能夠從高通量血液樣本中提取足量的高質(zhì)量、高純度DNA便成為下游實(shí)驗(yàn)的基本前提。

為了提取獲得高質(zhì)量、高純度血液基因組DNA，首先讓我們需要了解一下血液的組成。
 

圖源：
https://www.khanacademy.org/science/biology/humanbiology/circulatorypulmonary/a/components-of-the-blood

1.血液的組成
血液是動(dòng)物體內(nèi)的一種體液，可向細(xì)胞輸送必要的物質(zhì)，如營(yíng)養(yǎng)和氧氣，并將代謝廢物從這些細(xì)胞中運(yùn)走。血液的主要組成包括：血漿（液體部分，含有水、蛋白質(zhì)、鹽、脂質(zhì)和葡萄糖）、紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。
 

 

 

圖源：
https://courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/components-of-the-blood/
a.血紅蛋白 b. 血藍(lán)蛋白 c. 蚯蚓血紅蛋白

c.白細(xì)胞：
白細(xì)胞（White blood cells或 leukocytes，leuko = 白色）約占總血量不到 1%。白細(xì)胞的作用與紅細(xì)胞的作用非常不同。它們主要參與識(shí)別和靶向病原體的免疫反應(yīng)，例如入侵的細(xì)菌、病毒和其他外來(lái)生物。
 

 

(a) 血小板是由稱為巨核細(xì)胞的大細(xì)胞形成的。巨核細(xì)胞分裂成數(shù)千個(gè)碎片，成為血小板。(b) 血小板與其他凝血因子（例如纖維蛋白原）一起聚集在傷口部位，形成纖維蛋白凝塊，防止失血并使傷口愈合。

2.血液基因組提取方法
a.鹽析方法:
經(jīng)典鹽析法提取血液DNA，其方法為溶解紅細(xì)胞后，離心沉渣用PK消化，用大約6M飽和NaCl沉淀蛋白質(zhì)，離心上清中DNA用無(wú)水乙醇沉淀，用TE溶解。此方法提取的DNA質(zhì)量尚可，但產(chǎn)率較低，并且純度較差。

b.有機(jī)溶劑方法:
有機(jī)法提取DNA一般是指用平衡酚(又叫飽和酚)、氯仿等按不同比例混合，采用不同方法提取DNA。此方法操作繁瑣，耗時(shí)久，且所用試劑具有一定的毒性。

c.柱法（硅膜法）：
特殊硅基質(zhì)材料在一定的高鹽緩沖系統(tǒng)下高效、專一地吸附DNA（低鹽、高pH值情況下釋放DNA），配備設(shè)計(jì)獨(dú)特的離心吸附柱式結(jié)構(gòu)，使用常規(guī)臺(tái)式高速離心機(jī)，在30-60min之內(nèi)即可以高效回收核酸片段。此方法操作簡(jiǎn)便，但依賴人工操作，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

d.磁珠法：
異硫氰酸胍是強(qiáng)烈蛋白變性劑，不破壞蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)，能破壞細(xì)胞膜及核膜蛋白，并使核酸酶失活，釋放DNA。磁珠可以特異性吸附DNA，通過(guò)洗滌液洗滌，在僅留有特異吸附DNA的磁珠中加入洗脫液，DNA釋放于洗脫液中。此方法自動(dòng)化程度高，可滿足高通量提取的需求，是未來(lái)核酸提取的發(fā)展方向。

3.濟(jì)凡磁珠法大體積血液核酸提取
近些年，隨著醫(yī)院和第三方獨(dú)立醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室等醫(yī)療機(jī)構(gòu)建立DNA樣本庫(kù)的需求越來(lái)越廣泛，1～4mL大體積全血DNA提取的工作量迅速增加，傳統(tǒng)的手動(dòng)操作方案已經(jīng)不能滿足建立大量血液DNA樣本庫(kù)的要求，可實(shí)現(xiàn)大體積全血DNA的高通量快速自動(dòng)提取的工作站已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。

目前市面上大體積全血樣本DNA提取產(chǎn)品多采用裂解紅細(xì)胞前處理+離心吸附柱方法從全血樣本中分離純化DNA，但此方法存在操作繁瑣、通量小和耗時(shí)長(zhǎng)的不足。由濟(jì)凡生物研發(fā)的新型血液核酸提取試劑，搭配24通道自動(dòng)核酸提取儀可實(shí)現(xiàn)大體積血液樣本核酸分離純化。新方案無(wú)紅細(xì)胞裂解前處理，只需將血液樣本加入裝有裂解液的24孔預(yù)分裝板后，交由24通道自動(dòng)核酸提取儀去完成；本方案一次可提取24個(gè)樣本，整個(gè)過(guò)程在2小時(shí)內(nèi)便可完成。
 

由圖示結(jié)果可知：濟(jì)凡磁珠法大體積血液DNA分離純化方案提取2 mL全血樣本基因組DNA，DNA得率為70~78 μg，A260/A280比值為1.8~2.0，A260/A230比值為1.8~2.0。

參考文獻(xiàn)：
1.Components of the Blood
https://courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/components-of-the-blood/

2.Miller SA, Dykes DD, Polesky HF. A simple salting out procedure for extracting DNA from human nucleated cells. Nucleic Acids Res. 1988 Feb 11;16(3):1215. doi: 10.1093/nar/16.3.1215. PMID: 3344216; PMCID: PMC334765.

3.Buedts L, Smits S, Ameye G, Lehnert S, Ding J, Delforge M, Vermeesch J, Boeckx N, Tousseyn T, Michaux L, Vandenberghe P, Dewaele B. Ultra-low depth sequencing of plasma cell DNA for the detection of copy number aberrations in multiple myeloma. Genes Chromosomes Cancer. 2020 Aug;59(8):465-471. doi: 10.1002/gcc.22848. Epub 2020 May 5. PMID: 32259320.