| dbo:abstract
|
- Nucleic acid electrophoresis is an analytical technique used to separate DNA or RNA fragments by size and reactivity. Nucleic acid molecules which are to be analyzed are set upon a viscous medium, the gel, where an electric field induces the nucleic acids (which are negatively charged due to their sugar-phosphate backbone) to migrate toward the anode (which is positively charged because this is an electrolytic rather than galvanic cell). The separation of these fragments is accomplished by exploiting the mobilities with which different sized molecules are able to pass through the gel. Longer molecules migrate more slowly because they experience more resistance within the gel. Because the size of the molecule affects its mobility, smaller fragments end up nearer to the anode than longer ones in a given period. After some time, the voltage is removed and the fragmentation gradient is analyzed. For larger separations between similar sized fragments, either the voltage or run time can be increased. Extended runs across a low voltage gel yield the most accurate resolution. Voltage is, however, not the sole factor in determining electrophoresis of nucleic acids. The nucleic acid to be separated can be prepared in several ways before separation by electrophoresis. In the case of large DNA molecules, the DNA is frequently cut into smaller fragments using a DNA restriction endonuclease (or restriction enzyme). In other instances, such as PCR amplified samples, enzymes present in the sample that might affect the separation of the molecules are removed through various means before analysis. Once the nucleic acid is properly prepared, the samples of the nucleic acid solution are placed in the wells of the gel and a voltage is applied across the gel for a specified amount of time. The DNA fragments of different lengths are visualized using a fluorescent dye specific for DNA, such as ethidium bromide. The gel shows bands corresponding to different nucleic acid molecules populations with different molecular weight. Fragment size is usually reported in "nucleotides", "base pairs" or "kb" (for thousands of base pairs) depending upon whether single- or double-stranded nucleic acid has been separated. Fragment size determination is typically done by comparison to commercially available DNA markers containing linear DNA fragments of known length. The types of gel most commonly used for nucleic acid electrophoresis are agarose (for relatively long DNA molecules) and polyacrylamide (for high resolution of short DNA molecules, for example in DNA sequencing). Gels have conventionally been run in a "slab" format such as that shown in the figure, but capillary electrophoresis has become important for applications such as high-throughput DNA sequencing. Electrophoresis techniques used in the assessment of DNA damage include and pulsed field gel electrophoresis. For short DNA segments such as 20 to 60 bp double stranded DNA, running them in polyacrylamide gel (PAGE) will give better resolution (native condition). Similarly, RNA and single-stranded DNA can be run and visualised by PAGE gels containing denaturing agents such as urea. PAGE gels are widely used in techniques such as DNA foot printing, EMSA and other DNA-protein interaction techniques. The measurement and analysis are mostly done with a specialized gel analysis software. Capillary electrophoresis results are typically displayed in a trace view called an electropherogram. (en)
- Электрофорез ДНК в агарозном геле — аналитический метод, применяемый для разделения фрагментов ДНК по длине. Основан на разной скорости движения фрагментов разной длины при движении в геле под действием внешнего электрического поля. Одно из применений метода — исследование плазмидной ДНК. Она обычно кольцевая и образует вторичные структуры, например, скручивается в суперспираль. Таким образом, чтобы определить размер плазмиды, необходимо разрушить элементы вторичной структуры. Для этого перед нанесением на гель плазмиду «линеаризуют» (делают линейной), то есть обрабатывают одной из рестриктаз (эндонуклеаз). Рестриктазу выбирают так, чтобы она разрезала плазмиду только в одном месте. Для разделения фрагментов ДНК разной длины используют гель с различной концентрацией агарозы. Чем меньше длина разделяемых фрагментов ДНК, тем больше должна быть концентрация агарозы: При проведении электрофореза фрагменты ДНК мигрируют в геле под воздействием сил электрического поля. Дело в том, что сахарофосфатный остов молекул ДНК заряжен отрицательно и поэтому цепи ДНК двигаются от катода, заряженного отрицательно, к положительному аноду. Более длинные молекулы мигрируют медленнее, так как задерживаются в геле, более короткие молекулы двигаются быстрее. Перед началом электрофореза к образцам принято добавлять два разных красителя с кислым значением pH (часто для этих целей используют ксиленовый голубой и бромфеноловый синий), чтобы визуализировать ход электрофореза и утяжелять образцы глицерином (до 20 % глицерина в образце). Краситель также необходим для того, чтобы определить, когда стоит остановить процесс. Электрофорез проводится в камере, заполненной буферным раствором. Чаще всего используются буферы, содержащие ЭДТА, трис, а также борную или уксусную кислоты. Соответственно, буфер, содержащий борную кислоту, называется TBE (tris-borate-EDTA), а буфер, содержащий уксусную кислоту, — TAE (tris-acetate-EDTA). Концентрации маточных растворов TBE и TAE составляют 6x и 50x соответственно, если сравнивать с их рабочими концентрациями. Буфер необходим для повышения ионной силы раствора, в котором будет происходить разделение молекул ДНК под действием приложенного электрического поля. После разделения (иногда краситель вносят в расплавленную агарозу) фрагменты ДНК разной длины визуализируют при помощи флюоресцентных красителей, специфично взаимодействующих с ДНК, например, агарозные гели обычно красят бромистым этидием, который интеркалирует между азотистыми основаниями дуплекса и флюоресцирует в УФ-лучах. Определение размеров производят путём сравнения наборов коммерческих фрагментов ДНК известной длины («DNA ladder», «линейка», «маркеры ДНК») и ДНК в проверяемых образцах. Обычно в коммерческих маркерах указывают и содержание отдельных фрагментов, чтобы можно было, сопоставив интенсивность полос, быстро оценить концентрацию ДНК в проверяемых образцах. При необходимости ДНК маркеры для геля можно изготовить самостоятельно, если обработать плазмиду рестриктазой, которая режет её в нескольких местах. Для этого выбирается эндонуклеаза, при действии которой образуются 5-6 фрагментов различной длины. Обычно для электрофоретического анализа ДНК используют агарозные гели, но если разделяемые фрагменты ДНК имеют длину всего в несколько десятков нуклеотидных пар, то можно использовать полиакриламидный гель. Полиакриламидный гель также используют для высокого разрешения коротких молекул ДНК, при секвенировании ДНК. (ru)
|