JoVE Logo

Sign In

ניתוח RNA של דגימות סביבתיות באמצעות RT-PCR

Overview

מקור: מעבדות של ד"ר איאן פפר וד"ר צ'ארלס גרבה - אוניברסיטת אריזונה
מחבר מפגין: בראדלי שמיץ

תגובת שרשרת תמלול-פולימראז הפוכה (RT-PCR) כרוכה באותו תהליך כמו PCR קונבנציונלי - טמפרטורת רכיבה על אופניים כדי להגביר חומצות גרעין. עם זאת, בעוד PCR קונבנציונאלי רק מגביר חומצות deoxyribonucleic (DNA), RT-PCR מאפשר הגברה של חומצות ריבונוקלאיות (RNA) באמצעות היווצרות של DNA משלים (cDNA). זה מאפשר לאורגניזמים מבוססי RNA שנמצאו בסביבה להיות מנותחים תוך שימוש בשיטות וטכנולוגיות המיועדות לדנ"א.

וירוסים רבים שנמצאו בסביבה משתמשים ברנ"א כחומר הגנטי שלהם. מספר פתוגנים ויראליים מבוססי RNA, כגון Norovirus, ואורגניזמים אינדיקטור, כגון וירוס mottle קל פלפל (PMMoV), אין שיטות זיהוי מבוססות תרבות לכימות. על מנת לזהות את נוכחותם של נגיפי RNA אלה בדגימות סביבתיות מאדמה, מים, חקלאות וכו ',בדיקות מולקולריות מסתמכות על RT-PCR כדי להמיר RNA ל- DNA. ללא RT-PCR, מיקרוביולוגים לא יוכלו לחקור ולחקור וירוסים רבים מבוססי RNA המהווים סיכונים לבריאות האדם והסביבה.

RT-PCR יכול לשמש גם ככלי למדידת פעילות מיקרוביאלית בסביבה. Messenger RNA (mRNA) היא התבנית החד-גדילית לתרגום חלבונים, ומדידת רמות ה-mRNAs השונות מציינת אילו גנים מהם מתבטאים חיידקים בתוך הסביבה. ניתוח ביטוי גנים נותן רמזים אילו מסלולים ביולוגיים משמשים אורגניזמים כדי לשרוד בתנאים סביבתיים שונים. במקרים מסוימים, ביטוי גנים יכול להיות מנוצל כדי לקבוע אילו אורגניזמים עשויים לשרוד בצורה הטובה ביותר בתנאים קשים ויש להם יכולות לתיקון ביולוגי של קרקע מזוהמת או מים.

Principles

PCR מבוסס על הגברה של תבניות DNA, אשר מגביל את השימוש בו בזיהוי RNA מאורגניזמים. עם זאת, RT-PCR מספק אמצעי לשימוש ברנ"א לייצור cDNA באמצעות אנזימים מיוחדים, המכונה תמלול הפוך (RT). לאחר מכן ניתן להשתמש ב- cDNA זה כתבנית ההתחלתית להגברה עוקבת עם PCR קונבנציונלי (איור 1).

ניתן לשלוט בתעתיק הפוך כדי להגביר רק את המוצרים הרצויים או קהילה שלמה של חומצות גרעין שנמצאות בתוך מדגם סביבתי, בהתאם לפריימרים המשמשים ליצירת סינתזת cDNA. זה חשוב, כמו דגימות קרקע ומים הם לעתים קרובות רוויים עם חומצות גרעין שונות שאינם רצויים עבור ניתוחים ספציפיים. פריימרים אקראיים, אשר יכול לאגד רצפי RNA שנמצאו בכל סוג של חיידקים, ניתן להשתמש RT-PCR כדי לזהות את רוב RNA, כך הדגימה ניתן לנתח עבור נוכחות ושפע יחסי של אורגניזמים מרובים בסביבה. מצד שני, פריימרים ספציפיים לרצף ליזום סינתזת cDNA עבור רצפים מדויקים שנמצאו רק אורגניזמים אחד או כמה. זה מאפשר מדגם סביבתי להיבדק למטרה מסוימת, כגון קביעת אם Norovirus, אשר יכול לגרום למחלות במערכת העיכול בבני אדם, נמצא במים.


Figure 1
איור 1. תהליך שלב אחר שלב של ניתוח RT-PCR של דגימות RNA סביבתיות.

Procedure

1. איסוף דוגמאות: דגימת קרקע

  1. מצא מיקום לדוגמה באמצעות GPS, קואורדינטות או מראה.
  2. לדגימה אקראית, בחרו נקודות אקראיות בתוך אזור כדי לקבל מפקד כללי של בתי גידול מיקרוביאליים. דגימה טרנסקטית אוספת מנקודות לאורך קו ישר, למשל,בסמוך לאפיק נחל. דגימות רשת נלקחות באופן שיטתי מנקודות במרווחי זמן קבועים, והן שימושיות למיפוי קהילות מיקרוביות באזור לא ידוע או משתנה.
  3. דגימה בעומק של 7.5-15 ס"מ מספקת גישה לפעילות המיקרוביאלית הנפוצה ביותר הקרובה, אך לא בתוך, הריזוספירה (האזור הצר של האדמה המושפע ישירות משורשי הצמח והמיקרואורגניזמים הקשורים אליהם).
  4. כדי לאסוף את דגימת הקרקע, לדחוף ולסובב את היד auger לתוך הקרקע לעומק קבוע מראש.
  5. תרים את האוגר. האדמה נמצאת בתוך הגבעול החלול של האוגר.
  6. מגרדים את האדמה בתחתית האוגר לתוך שקית איסוף אדמה. הקפד לא לגעת או לזהם את האדמה.
  7. סמן את התיק כראוי עם מיקום, שם, תאריך ושעה.
  8. במעבדה, להעביר את האדמה דרך מסננת 2 מ"מ כדי להסיר כל חצץ וסלע.
  9. לנתח חלק מהאדמה עבור תוכן לחות הקרקע. לקבלת פרטים על שלב זה, אנא עיין בסרטון החינוך המדעי JoVE על לחות הקרקע.

2. איסוף דוגמאות: דגימת מים

  1. מצא את המיקום לדוגמה באמצעות GPS, קואורדינטות, או ראייה.
  2. לאסוף את המים בבקבוק אחסון. תיעד את נפח המים שנאספו; אם חיידקים במדגם נעשים כמותית, אז הריכוז המיקרוביאלי יכול להיקבע על סמך הנפח שנאסף.
  3. בדוק מיד את המים עבור כל הפרמטרים הנדרשים לניסוי (טמפרטורה, pH, מוליכות, מליחות, חנקן ותכולת זרחן וכו ') באמצעות הבדיקות האלקטרוניות המתאימות.
  4. מניחים את הבקבוק המכיל את דגימת המים לתוך צידנית עם קרח. מעבירים את הצידנית למעבדה.

3. מיצוי RNA

  1. כדי לאסוף ולרכז מיקרואורגניזמים מהדגימה הסביבתית, אנא עיין בסרטון החינוך המדעי JoVE על מיצוי חומצת גרעין קהילתית.
  2. לחלץ RNA מווירוסים באמצעות ערכת מיצוי מסחרית בהתאם להוראות היצרן.
  3. בקצרה, תחילה לערבב את הדגימות עם חיץ תמה בתוספת אתנול, ולאחר מכן להוסיף את הדגימות לתוך עמודות ספין.
  4. צנטריפוגות העמודות בערך 12,000 x g, להשליך flowthrough. הוסף שוב מאגר כביסה לעמודים וצנטריפוגה.
  5. הוסיפו מים נטולי RNase לעמודים וצנטריפוגה למשך 30 s כדי לחמוק מ- RNA לצינורות מיקרופוגה סטריליים של 1.5 מ"ל עם הידבקות נמוכה.

4. תמלול הפוך - PCR

  1. אחזר את ריאגנטים הבאים מן המקפיא -20 °C: dNTP, מרוכז (למשל,10x) מאגר תמלול הפוך, פריימרים (בדוגמה זו, פריימרים אקראיים). הפשירו אותם על קרח או בטמפרטורת החדר בתוך מכסה המנוע הנקי, ושמירו אותם על קרח לאחר שהופשרו. גם לאחזר את התמלול ההפוך ומעכב RNase ולשמור אותם על קרח.
  2. חשב את אמצעי האחסון הריאגנט הדרושים כדי ליצור "תערובת אב" המשלבת את כל הריאגנטים הקבועים בין כל תגובה (ראה טבלה 1 לתגובה לדוגמה). הכן תערובת אב מספיק עבור כל מדגם, כמו גם פקד חיובי (באמצעות תבנית תעתיק ידועה) ושליטה שלילית (למשל,ללא תמלול הפוך, עם רק מים כתבנית, וכו ') תגובות. כלול 10% נוספים בנפח.
  3. להרכיב את תערובת האב בצינורות מיקרו-הידבקות נמוכה 1.5 מ"ל. זה ממזער את הכריכה של מולקולות ריאגנט לקירות הפלסטיק של הצינורות.
  4. כאשר ריאגנטים מופשרים, הוסף נפחים מחושבים לצינור המיקרו-פוגה. מערבולת בעדינות צנטריפוגה כל צינור לפני תוספת. הקפד לשנות טיפים pipette בין הוספת כל ריאגנט כדי למנוע זיהום.
  5. לאחר כל ריאגנטים נוספו, מערבולת וצנטריפוגות תערובת מאסטר כדי להבטיח תערובת הומוגנית. החזירו ריאגנטים לאחסון ב-20 מעלות צלזיוס.
  6. הכן וסמן רצועות PCR עם 8 צינורות, וייעד צינור אחד לכל דגימה או תגובת בקרה.
  7. Aliquot נפח שווה של תערובת מאסטר לתוך כל צינור. לאחר מכן, הוסף רכיבים ספציפיים לתגובה, כגון תמציות ה- RNA.
  8. הניחו את מכסה הרצועה בבטחה על רצועת ה-PCR, וצנטריפוגה במיניצנטריפוגה עם מתאם צינור פסים כדי להבטיח שכל הנוזלים יאספו בתחתית כל צינור(איור 2).
  9. מקם את רצועת ה- PCR בבטחה בתרמוסקלר. לחץ למטה כדי להבטיח צינורות מאובטחים.
  10. הגדר את התרמו-מחזור להפעלת התוכנית המתאימה לשימוש ב- RT (ראה טבלה 2 עבור פרוטוקול לדוגמה). כאשר התוכנית הושלמה, הצינורות יכילו מוצרי cDNA, אשר לאחר מכן יכול להיות נתון להגברת PCR. לפרטים, עיין בסרטוני החינוך המדעי של JoVE ב- PCR וב- PCR כמותי. יש לאחסן את cDNA ב- -20 °C (70 °F) עד לשימוש.

Figure 2
איור 2. רצועת 8 צינורות עם כתרים המכילה תערובת ותמצית מאסטר.

מגיב עוצמת קול לתגובה אחת (μL)
מאגר RT 10x 2.0
25x dNTPs 0.8
פריימר אקראי 10x 2.0
ריבוי מנויים 1.0
מעכב רנאז 1.0
כיתה מולקולריתH 2 O 3.2
נפח כולל 10

טבלה 1. RT מאסטר לערבב מרכיבים.

שלב 1 שלב 2 שלב 3 שלב 4
25 °C (5°F), 10 דקות 37 °C (77 °F), 120 דקות 85 °C (5 דקות), 5 דקות 4 °C (5%), ∞

טבלה 2. תוכנית תרמוציקלר תגובת RT.

Results

עם השלמת RT-PCR, ניתן להפריד ולדמיין חלק ממוצר ה-PCR על ג'ל אגרוז(איור 3). בדוגמה זו, פריימר ספציפי לגנים שימש לזיהוי לנוכחות של וירוס RNA. רצועות בגודל הצפוי מתקבלות משתיים מהדגימות ותגובת השליטה החיובית, אך לא מהשליטה השלילית, המציינת את נוכחותו של וירוס זה בשתיים מדגימות המים הנבדקות.

Figure 3
איור 3. אלקטרופורזה ג'ל של מוצרי RT-PCR. M: סמן גודל DNA; P: שליטה חיובית; N: שליטה שלילית. תגובות באמצעות RNA מארבע דגימות מים בוצעו בנתיבים 1, 2, 3 ו-5.

Application and Summary

RT-PCR נחוץ ליצירת cDNA מתבנית RNA. זה מאפשר ניתוח מיקרואורגניזמים מבוססי RNA באמצעות בדיקות מולקולריות שפותחו עבור DNA. לאחר cDNA מסונתז, בדיקות PCR יכול לקבוע את נוכחותם או היעדרם של מיקרואורגניזמים מבוססי RNA בתוך מדגם סביבתי. זה מאפשר ניתוח נוסף במורד הזרם כדי לקבוע אקולוגיה מיקרוביאלית, סיכונים בריאותיים, וסיכונים סביבתיים.

RT-PCR יכול גם להיות מנוצל כדי assay mRNA כאמצעי כדי לראות אילו גנים באים לידי ביטוי בסביבה. זה מספק מידע על אילו חלבונים ומסלולים חיידקים מסתמכים כדי לשרוד בתנאים סביבתיים מסוימים. ניתוחי ביטוי גנים יכולים לזהות מסלולים מיקרוביאליים המפרקים מזהמים סביבתיים כגון פחמימנים או ממיסים כלור, וניתן לרתום חיידקים עם מסלולים אלה לתווך ביולוגי.

הערכת סיכונים משלבת RT-PCR על מנת לנתח סיכונים בריאותיים אנושיים וסביבתיים. שילוב RT עם PCR כמותי מאפשר להיפטר מווירוסי RNA בתוך דגימות, כך שניתן לחשב חשיפה אנושית וסביבתית לצורך הערכת סיכונים מיקרוביאלית כמותית (QMRA).

Tags

Skip to...

0:00

Overview

1:41

Principles of RT-PCR

4:44

Collecting Soil and Water Samples

6:15

RNA Extraction

7:27

Reverse Transcription- Polymerase Chain Reaction

9:49

Applications

11:37

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

ניתוח RNA של דגימות סביבתיות באמצעות RT-PCR

Environmental Microbiology

40.4K Views

article

קביעת תכולת הלחות בקרקע

Environmental Microbiology

359.3K Views

article

טכניקה אספטית במדעי הסביבה

Environmental Microbiology

126.4K Views

article

כתמי גרם של חיידקים ממקורות סביבתיים

Environmental Microbiology

100.2K Views

article

הדמיית מיקרואורגניזמים קרקע באמצעות מצג שקופיות מגע ומיקרוסקופיה

Environmental Microbiology

42.2K Views

article

פטריות נלאמנטיות

Environmental Microbiology

57.3K Views

article

הפקת דנ"א קהילתי ממושבות חיידקים

Environmental Microbiology

28.8K Views

article

זיהוי מיקרואורגניזמים סביבתיים עם תגובת שרשרת פולימראז ואלקטרופורזה ג'ל

Environmental Microbiology

44.5K Views

article

כימות מיקרואורגניזמים סביבתיים ווירוסים באמצעות qPCR

Environmental Microbiology

47.8K Views

article

ניתוח איכות מים באמצעות אורגניזמים מחוון

Environmental Microbiology

29.5K Views

article

בידוד חיידקים צואתיים מדגימות מים על ידי סינון

Environmental Microbiology

39.3K Views

article

זיהוי בקטריופאג'ים בדגימות סביבתיות

Environmental Microbiology

40.7K Views

article

פולחן ופירום חיידקים מדגימות קרקע

Environmental Microbiology

184.3K Views

article

ניתוח עקומת גדילה חיידקית והיישומים הסביבתיים שלה

Environmental Microbiology

295.9K Views

article

1 200 אצות באמצעות מתודולוגיה של Culturable

Environmental Microbiology

13.8K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved