实用干货 | DNA提取步骤、原理、优势总结（磁珠法和过柱法）

John

核酸（nucleic acid）在生物界中堪称主宰，是一类非常重要的生物大分子，它在生物的繁衍、发育、维持、衰老和死亡等一切生命活动中扮演着重要的角色，目前，核酸已成为生物化学、遗传学以及其他有关生命学科的热门研究课题，其覆盖面之广、进展之速为其他学科所望尘莫及。  而进行核酸研究的第一个前提就是能够将核酸从众多纷繁复杂的生物大分子中提取出来，并纯化到一定程度，以便进行相应的科学研究和实际应用。今天和大家共同分享一下DNA（脱氧核糖核酸）的提取方法，以期能够对大家的科研有所帮助。



DNA提取原则

  保证DNA一级结构的完整性；  提取的DNA样品中不应存在对酶存在抑制作用的有机溶剂及过高浓度的金属离子；   其他生物大分子如蛋白质、多糖和脂类分子的污染应降低到最低程度；   排除其它核酸分子（RNA）的污染。   
磁珠法提取


一、实验步骤

磁珠法核酸提取一般可以分为四步：裂解——结合——洗涤——洗脱


1、裂解
核酸必须从细胞或其他生物物质中释放出来，细胞裂解可通过机械作用、化学作用、酶作用等方法实现。其中，酶作用主要是通过加入溶菌酶或蛋白酶（蛋白酶K、植物蛋白酶或链霉蛋白酶）以使细胞破裂，核酸释放。蛋白酶还能降解与核酸结合的蛋白质，促进核酸的分离。  
2、结合
磁珠表面带负电荷，磁珠buffer是高盐环境有带正电荷的盐离子，样本被buffer影响，磷酸基团带负电荷。   
3、洗涤
核酸的高电荷磷酸骨架使其比蛋白质、多糖、脂肪等其他生物大分子物质更具亲水性，根据它们理化性质的差异，用选择性沉淀、层析、密度梯度离心等方法可将核酸分离、纯化。
用无水乙醇沉淀DNA，这是实验中最常用的沉淀DNA的方法。乙醇的优点是可以任意比和水相混溶，乙醇与核酸不会起任何化学反应，对DNA很安全，因此是理性的沉淀剂。当加入乙醇时，乙醇会夺去DNA周围的水分子，使DNA失水而易于聚合。   
4、洗脱
加水或者EB破坏高盐环境，形成低盐环境，使DNA从磁珠上脱落。   
二、工作原理
磁珠法是通过裂解液裂解细胞组织样本，从样本中游离出来的核酸分子被特异的吸附到磁性颗粒表面，蛋白质等杂质不被吸附而留在溶液中。将携带核酸的磁珠移动至不同的试剂槽内，通过反复快速搅拌、混匀液体，经过细胞裂解、核酸吸附、洗涤与洗脱等步骤，最终得到纯净的核酸。   
磁珠提取DNA原理：电荷的盐离子的作用（如Na+），带负电的磷酸基团借由解离的盐离子（如Na+）与羧基形成离子桥，使DNA被特异性吸附到羧基磁珠表面。当PEG与盐类被去除之后，加入水性分子，会快速充分水化DNA，解除其三者之间的离子相互作用，使得吸附到磁珠的DNA被纯化出来。


三、优势

磁珠法是纳米科技与生物技术的完美结合，具有其他DNA提取方法无法比拟的优势，主要体现在：   
1、能够实现自动化、高通量操作，配合96孔的核酸自动提取仪，在以往做一个样品的提取时间内可同时实现对96个样品的处理，效率直接提高96倍，满足了当前生物学高通量操作的要求，使得在大规模疫情爆发时能够进行快速筛查原因，这个优点是其他方法难以赶超的。   
2、操作简单、用时短，整个提取流程只有裂解、结合、洗涤、洗脱四步短时间内即可完成。   
3、安全无毒，不使用传统方法中的苯、氯仿等有毒试剂，对实验操作人员的伤害少，保护了实验人员的身体健康。   
4、磁珠与核酸的特异性结合使得提取的核酸纯度高、浓度大。  
5、灵敏度高，适合法医样本等痕量DNA提取。
过柱法提取

一、工作原理

独特的结合液/蛋白酶K迅速裂解细胞和灭活细胞内核酸酶，然后基因组DNA在高盐状态下选择性吸附于离心柱内硅基质膜，再通过一系列快速的漂洗－离心的步骤,抑制物去除液和漂洗液将细胞代谢物，蛋白等杂质去除，最后低盐的洗脱缓冲液将纯净基因组DNA从硅基质膜上洗脱。


1、采用离心吸附柱和缓冲液系统。样品裂解后，DNA在高盐条件下与硅胶膜结合，在低盐、高PH值时从硅胶膜上洗脱下来。   
2、破坏红细胞，通常利用红细胞与白细胞膜结构的差异，先使红细胞裂解，经离心后收集白细胞。   
3、白细胞裂使膜蛋白和核蛋白变性，游离DNA，通常是采用离子型表面活性剂使蛋白质变性。   
4、除去变性蛋白质：通常采用蛋白沉淀剂沉淀变性蛋白质，使DNA留在上清液中。   
5、在高盐环境下使DNA从有机溶剂（如无水乙醇）中析出。   
二、优势
离心柱法DNA提取它的优点是比传统的酚氯法提取的纯度高，有利于RNA保护，而且能进行微量操作，以其低廉的价格和相对便捷的操作，渐逐取代了传统DNA提取方法，被高校科研所等市场普遍接受。  
离心柱法DNA提取的缺点是需要较多的样本，耗材多，对于珍稀样本无能为力，特别是在法医、考古等领域显得力不从心。同时离心柱法DNA提取需要反复离心，不便于高通量、自动化操作，与现代生物学实验的高通量、自动化要求格格不入，特别是在基因诊断、疾病检测、转基因检测等领域，离心柱法DNA提取需要大量的操作人员及仪器设备。当面对突发疫情时，更是需要有高通量的DNA提取设备与方法才能更有效准确的监测疫情、控制疫情。为此需要一种新的DNA提取方法解决这个实际难题。在这个时代潮流需求的驱动下，磁珠法DNA提取应运而生。
魏祎  | 文案   
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