DNA提取實驗中細胞裂解和DNA提取純化的幾種方法介紹

脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，DNA）是核酸的一種，是所有生物的遺傳物質基礎。生物體親子之間的相似性和繼承性即所謂的遺傳信息，都貯存在DNA分子中。核酸的提取是任何分子生物學研究的起點，因此被認為是一個至關重要的過程。自1869年弗里德里希·米歇爾首次進行DNA提取以來，科學家們在設計更可靠、更容易、更快速、更經濟、產量更高的提取方法方面取得了非凡的進步，因此也拓展出了各種原理不同的DNA提取方法。本期小愛給大家?guī)�來的就是DNA的不同提取方法介紹。
 

DNA的質量是進行下一步實驗的關鍵，DNA提取的原則主要是：保證DNA結構的完整性和純度，應滿足以下幾點：

DNA的提取過程可以簡單的分為細胞裂解和DNA提取純化兩大步驟，裂解是破壞樣品細胞結構，從而使樣品中的DNA游離在裂解體系中的過程，提取純化則是使DNA與裂解體系中的其它成分，如蛋白質、鹽及其它雜質徹底分離的過程。
 

一 、細胞裂解方法

對于基因組DNA提取，細胞裂解的方法主要有物理機械法和化學法。

表1 基因組DNA裂解方法

以上幾種細胞破碎方法均可相互結合使用，使細胞破碎完全、讓核酸復合物暴露出來，有利于接下來的核酸提取與純化步驟。目前市面上裂解液中都含有去垢劑（如SDS、Triton X-100、NP-40、Tween 20等）、鹽溶液（如Tris、EDTA、NaCl等），有的也可能會加入蛋白酶。去垢劑的主要作用是：使蛋白質變性；破壞膜結構；去除與核酸相互作用的蛋白質。鹽溶液的作用主要是提供合適的裂解環(huán)境，如Tris、抑制核酸酶對核酸的降解，如EDTA、維持核酸結構穩(wěn)定，如NaCl。蛋白酶的作用是利用蛋白酶將蛋白質消化成小的片段，促進DNA與蛋白質的分離，同時，也便于后續(xù)的純化操作。簡單介紹主流的細胞裂解方法：
 

SDS法（十二烷基硫酸鈉）是一種陰離子去垢劑，高溫（55-60℃）裂解細胞，使蛋白變性，染色體離析，在高鹽環(huán)境下或降低溫度后蛋白、多糖等結合形成的復合物沉淀，釋放核酸。適用于動物組織、細胞、血液DNA的裂解提取。
 

CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）是一種陽離子去垢劑，可以溶解細胞膜，與核酸結合形成在高鹽環(huán)境下可溶的復合物。此類方法特別適合裂解植物樣本進行DNA的提取。
 

二 、DNA提取純化方法
 

沉淀法是比較經典的核酸提取純化方法，主要有兩種：苯酚/氯仿有機溶劑萃取法和鹽析沉淀法。苯酚/氯仿有機溶劑萃取法主要先利用酚氯仿對裂解體系進行反復抽提以去除蛋白質，實現(xiàn)DNA與蛋白質的分離，再用醇將DNA沉淀下來，實現(xiàn)核酸與鹽的分離。此種方法操作時間較長，且有機溶劑對人體有害。鹽析沉淀法是苯酚/氯仿萃取法的第二代改良方法，原理兩者基本相同，但鹽析沉淀法操作簡單，經濟成本低，生物安全性更高。

離心柱法主要采用特殊硅基質吸附材料，利用基因組DNA在高鹽狀態(tài)下選擇性吸附于離心柱內硅基質膜,再通過一系列快速的漂洗、離心等步驟去除細胞代謝物、蛋白等雜質,最后低鹽的洗脫緩沖液將純凈基因組DNA從硅基質膜上洗脫，通常能在幾分鐘之內即可高效回收核酸片段。因離心柱法獲得DNA的純度高、產量高，而且能進行微量操作，被廣大科研工作者所接受。

圖2 離心柱法提取DNA操作流程

磁珠法主要是利用DNA在磁珠反應體系中會由線性壓縮成球狀，暴露出核酸骨架上大量的負電基團與反應體系中的陽離子連接，在磁珠最外層負電基團的作用下，形成“陰離子-陽離子-陰離子”的鹽橋結構，使DNA分子被特異性地吸附到磁珠表面。而當反應緩沖液被棄除后，加入水性分子，會快速充分水化DNA分子，解除三者之間的離子相互作用，使吸附到磁珠上的DNA被純化出來。
 

圖2 磁珠提取純化DNA原理

表2 不同DNA提取純化方法對比