30. Метод гель-электрофореза. Назначение метода и принцип его действия. Разделение и анализ фрагментов днк. Маркеры молекулярного веса днк. Красители, применяемые при проведении гель-электрофореза.

Электрофорез – аналитический метод для разделения и анализа макромолекул ДНК или белков размером от 20 до 2000 кДа.

Используется для разделения, очистки и идентификации фрагментов ДНК/белков.

Суть его в том, что мы берем пластину из геля (который делается из полиакриламида или агарозы), помещаем его в буфер. В этом самом геле есть луночки, в которые мы помещаем раствор с ДНК или Белочками. И те и те имеют отрицательный заряд.

Со стороны лунок мы в форезной камере помещаем анод (-), а с обратной – катод (+). Включаем напряжение и молекулы начинают двигаться к положительному заряду, так как + и – притягиваются. Так как разные молекулы имеют разный вес и размер, они двигаются с разной скоростью. За счет этого они «разбегаются» на разные расстояния, что и помогает нам судить о природе изучаемой смеси.

Скорость движения молекул зависит от:

Размера молекул

Конформации молекул (кольцевая быстрее линейной, одноцепочечная быстрее двуцепочечной, неповрежденная быстрее денатурировавшей

Концентрации агарозы

Напряженности электрического поля

Либо в самом геле, либо в растворе с днк есть специальное вещество (как правило, Бромистый этидий, SYBR green), которое заставляет молекулы светить в УФ свете. В итоге мы видим полосы, которые называются Бэндами.

ДНК-маркеры – стандарты, которые используют для оценки длины и количества ДНК. Грубо говоря, это кусочки ДНК, размер которых точно известен, они разгоняются при форезе вместе с исследуемым объектом и выступают в качестве «линейки». Полученные результаты можно сравнить с бэндами маркеров и сопоставить размер известных молекул, с размером молекул исследуемых и приблизительно посчитать их вес, исходя из длины.

31. Пцр и ее применение

Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR – polymerase chain reaction) – метод получения множества копий определенных фрагментов ДНК (генов) в биологическом образце.

Сущность ПЦР как метода молекулярной биологии заключается в многократном избирательном копировании определённого гена (участка ДНК) при помощи специальных ферментов в условиях in vitro. Важной особенностью ПЦР является получение копий конкретного участка ДНК (гена), соответствующего заданным условиям. Синонимом процесса копирования ДНК является «амплификация». Репликация ДНК in vivo также может считаться амплификацией. Однако в отличие от репликации, в процессе полимеразной цепной реакции амплифицируются короткие участки ДНК (максимум 40 000 пар нуклеотидов).

Применение: 1) Криминалистика (ПЦР используют для сравнения так называемых «генетических отпечатков пальцев». Необходим образец генетического материала с места преступления — кровь, слюна, сперма, волосы и т. п. Его сравнивают с генетическим материалом подозреваемого. Достаточно совсем малого количества ДНК, теоретически — одной копии. ДНК расщепляют на фрагменты, затем амплифицируют с помощью ПЦР. Фрагменты разделяют с помощью электрофореза ДНК. Полученную картину расположения полос ДНК и называют генетическим отпечатком пальцев)

2)установление отцовства (Хотя «генетические отпечатки пальцев» уникальны (за исключением случая однояйцевых близнецов), родственные связи все же можно установить, сделав несколько таких отпечатков (рис. 3). Тот же метод можно применить, слегка модифицировав его, для установления эволюционного родства среди организмов.)

3)Медицина (ПЦР дает возможность существенно ускорить и облегчить диагностику наследственных и вирусных заболеваний. Нужный ген амплифицируют с помощью ПЦР с использованием соответствующих праймеров, а затем секвенируют для определения мутаций. Вирусные инфекции можно обнаруживать сразу после заражения, за недели или месяцы до того, как проявятся симптомы заболевания.)

4)Персонализированная медицина (Иногда лекарства оказываются токсичными или аллергенными для некоторых пациентов. Причины этого — отчасти в индивидуальных различиях в восприимчивости и метаболизме лекарств и их производных. Эти различия детерминируются на генетическом уровне. Например, у одного пациента определенный цитохром (белок печени, отвечающий за метаболизм чужеродных веществ) может быть более активен, у другого — менее. Для того, чтобы определить, какой разновидностью цитохрома обладает данный пациент, предложено проводить ПЦР-анализ перед применением лекарства. Такой анализ называют предварительным генотипированием(prospective genotyping).

5) Клонирование генов (Клонирование генов (не путать с клонированием организмов) — это процесс выделения генов и, в результате генноинженерных манипуляций, получения большого количества продукта данного гена. ПЦР используется для того, чтобы амплифицировать ген, который затем вставляется в вектор — фрагмент ДНК, переносящий чужеродный ген в тот же самый или другой, удобный для выращивания, организм. В качестве векторов используют, например, плазмиды или вирусную ДНК. Вставку генов в чужеродный организм обычно используют для получения продукта этого гена — РНК или, чаще всего, белка. Таким образом в промышленных количествах получают многие белки для использования в сельском хозяйстве, медицине и др.)

6)Секвенирование ДНК (В методе секвенирования с использованием меченных флуоресцентной меткой или радиоактивным изотопом дидезоксинуклеотидов ПЦР является неотъемлемой частью, так как именно в ходе полимеризации в цепь ДНК встраиваются производные нуклеотидов, меченные флуоресцентной или радиоактивной меткой. Присоединение дидезоксинуклеотида к синтезируемой цепи приводит к обрыву синтеза, позволяя определить положение специфических нуклеотидов после разделения в геле.)

7)Мутагенез (В настоящее время ПЦР стала основным методом проведения мутагенеза (внесения изменений в нуклеотидную последовательность ДНК). Использование ПЦР позволило упростить и ускорить процедуру проведения мутагенеза, а также сделать её более надёжной и воспроизводимой) 8) Экология 9) Ветеринария

Основные принципы

Итак, ПЦР - это многократное копирование определенных фрагментов ДНК in vitro в процессе повторяющихся температурных циклов. Как же протекает процесс реакции в пределах одного температурного цикла?

Образование нуклеотидной цепи осуществляется ферментом ДНК-полимеразой. Однако для начала работы ферменту необходима стартовая площадка. В качестве площадок выступают "праймеры" (затравки) - синтетические олигонуклеотиды длиной 15-20 нуклеотидов. Праймеров должно быть два (прямой и обратный), они комплементарны участкам ДНК-матрицы и именно фрагмент ДНК, ограниченный праймерами, будет многократно копироваться ДНК-полимеразой. Работа полимеразы заключается в последовательном добавлении нуклеотидов, комплементарных последовательности ДНК-матрицы. Тем самым в одном температурном цикле вновь синтезируется два новых фрагмента ДНК (т.к. молекула ДНК - двуцепочечная, то и матриц изначально две). Таким образом, за 25-35 циклов в пробирке накапливаются миллиарды копий участка ДНК, определенного праймерами. Структуру отдельного цикла можно представить следующим образом:

денатурация ДНК (плавление, расхождение цепей ДНК) - 95°С - 1 или 2 минуты;

отжиг праймеров (затравки связываются с ДНК-матрицей, температура данной стадии определяется нуклеотидным составом праймера) - 60°С (к примеру) - 1 минута;

элонгация ДНК (полимераза синтезирует цепь ДНК) - 72°С - 1 минута (время зависит от длины синтезируемого фрагмента).

Кратко: Принцип метода ПЦР заключается в «строительстве» новых ДНК или РНК инфекций. Без удаления клеточного материала осуществить это невозможно. Количество времени, затраченного на выделение ДНК, зависит от возбудителя инфекции и от вида используемого для исследования методом ПЦР материала. Например, для подготовки крови к следующему этапу требуется 1,5–2 часа.

ПЦР состоит из трех основных этапов: