Введение
Техника анализа ДНК. Southern blot – это метод, используемый для обнаружения и количественного определения специфической последовательности ДНК в образцах ДНК. Этот метод применяется в молекулярной биологии. Вкратце, очищенная ДНК из биологического образца (например, крови или ткани) подвергается воздействию рестрикционных ферментов, а полученные фрагменты ДНК разделяются с помощью электрического тока, который заставляет их перемещаться через гель или матрицу, подобную ситу, где более мелкие фрагменты движутся быстрее, чем крупные. Фрагменты ДНК переносятся из геля или матрицы на твердую мембрану, которая затем подвергается воздействию ДНК-зонда, меченного радиоактивным, флуоресцентным или химическим маркером. Этот маркер позволяет визуализировать любые фрагменты ДНК, содержащие комплементарные последовательности к последовательности ДНК-зонда, в Southern blot. Метод Southern blotting объединяет перенос фрагментов ДНК, разделенных электрофорезом, на фильтр-мембрану в процессе, называемом блоттингом, и последующее обнаружение фрагментов посредством гибридизации с зондом. Метод назван в честь британского биолога Эдвина Саузерна, впервые опубликовавшего его в 1975 году. Другие методы блоттинга (например, Western blot, Northern blot, Eastern blot, Southwestern blot), использующие аналогичные принципы, но применяемые к РНК или белкам, позднее получили названия, соответствующие сторонам света, как игра слов, основанная на фамилии Саузерна. Поскольку название метода происходит от фамилии ученого, Southern пишется с большой буквы, как и собственные имена существительные. Названия других методов блоттинга могут следовать этой конвенции по аналогии.
Southern blot is a method used for detection and quantification of a specific DNA sequence in DNA samples. This method is used in molecular biology. Briefly, purified DNA from a biological sample (such as blood or tissue) is digested with restriction enzymes, and the resulting DNA fragments are separated by using an electric current to move them through a sieve like gel or matrix, which allows smaller fragments to move faster than larger fragments. The DNA fragments are transferred out of the gel or matrix onto a solid membrane, which is then exposed to a DNA probe labeled with a radioactive, fluorescent, or chemical tag. The tag allows any DNA fragments containing complementary sequences with the DNA probe sequence to be visualized within the Southern blot. The Southern blotting combines the transfer of electrophoresis separated DNA fragments to a filter membrane in a process called blotting, and the subsequent fragment detection by probe hybridization. The method is named after the British biologist Edwin Southern, who first published it in 1975. Other blotting methods (i. e., western blot, northern blot, eastern blot, southwestern blot) that employ similar principles, but using RNA or protein, have later been named for compass directions as a sort of pun from Southern's name. As the label is eponymous, Southern is capitalized, as is conventional of proper nouns. The names for other blotting methods may follow this convention, by analogy.
История
Южный изобрел метод Southern blot, объединив три инновации. Первая – рестрикционные эндонуклеазы, разработанные Томом Келли и Гамильтоном Смитом в Университете Джона Хопкинса. Эти эндонуклеазы используются для расщепления ДНК в определенных последовательностях. Кеннет и Норин Мюррей представили эту технику под названием Southern blot. Вторая инновация – гель-электрофорез, основанный на разделении смесей ДНК, РНК или белков по молекулярному весу, который также был разработан в Университете Джона Хопкинса Дэниелом Натаномсом и Кэтлин Данна в 1971 году. Третья инновация – метод переноса (блоттинга), разработанный Фредериком Сэнгером, когда он переносил молекулы РНК на DEAE-бумагу. Метод Southern blot был изобретен в 1973 году, но опубликован только в 1975 году. Несмотря на более позднюю публикацию, техника получила распространение, когда Южный объяснил метод Southern blot ученому Майклу Мэтьюзу из лаборатории Cold Spring Harbor, схематически изобразив его на бумаге.
Метод
Геномная ДНК подвергается воздействию одного или нескольких рестрикционных ферментов, после чего фрагменты ДНК разделяются по размеру с помощью электрофореза в геле. Перед переносом фрагментов ДНК на твердую мембрану – нейлоновую или нитроцеллюлозную – они сначала денатурируются щелочной обработкой. Изоляция ДНК: ДНК, подлежащая исследованию, выделяется из различных тканей. Наиболее подходящим источником ДНК является ткань крови. Однако ее можно выделить из разных тканей (волосы, сперма, слюна и т.д.). Переваривание ДНК: рестрикционные эндонуклеазы используются для разрезания высокомолекулярных цепей ДНК на более мелкие фрагменты. Это достигается путем добавления необходимого количества ДНК, которое можно изменять в зависимости от используемого зонда и сложности ДНК, вместе с рестрикционным ферментом, ферментным буфером и очищенной водой, с последующей инкубацией реакции при 37 °C в течение ночи. Электрофорез в геле: затем фрагменты ДНК электрофоретически разделяются в агарозном геле по размеру. Если некоторые фрагменты ДНК превышают 15 кб, то перед переносом гель может быть обработан кислотой, например, разбавленной HCl. Это приводит к депуринированию фрагментов ДНК, расщеплению ДНК на более мелкие части и, тем самым, обеспечивает более эффективный перенос с геля на мембрану. Денатурация: при использовании методов щелочного переноса гель с ДНК помещают в щелочной раствор (обычно содержащий гидроксид натрия) для денатурации двухцепочечной ДНК. Денатурация в щелочной среде может улучшить связывание отрицательно заряженных тиминовых остатков ДНК с положительно заряженными аминогруппами мембраны, разделяя ее на одноцепочечные фрагменты ДНК для последующей гибридизации с зондом (см. ниже), а также уничтожает остаточную РНК, которая может присутствовать в ДНК. Однако выбор щелочных методов переноса по сравнению с нейтральными часто является эмпирическим и может давать эквивалентные результаты. Перенос (блоттинг): лист нитроцеллюлозной (или, альтернативно, нейлоновой) мембраны помещается сверху (или снизу, в зависимости от направления переноса) геля. К гелю постоянно прикладывается давление (либо с помощью вакуума, либо путем размещения стопки бумажных полотенец и груза на мембрану и гель), чтобы обеспечить хороший и равномерный контакт между гелем и мембраной. При переносе с помощью вакуума используется 20-кратный раствор буфера SSC для обеспечения герметичности и предотвращения высыхания геля. Затем перенос буфером по капиллярному действию из области с высоким потенциалом воды в область с низким потенциалом воды (обычно фильтровальная бумага и бумажные салфетки) используется для перемещения ДНК с геля на мембрану; ионно-обменные взаимодействия связывают ДНК с мембраной из-за отрицательного заряда ДНК и положительного заряда мембраны. Для переноса фрагментов ДНК на твердую мембрану можно использовать пять методов:
Может использоваться для поиска сходных последовательностей у других видов или в геноме путем снижения специфичности гибридизации. Может использоваться для идентификации личности по отпечаткам пальцев и диагностики заболеваний.
Can be used to find similar sequences in other species or in the genome by decreasing the specificity of hybridization. Can be used in personal identification through fingerprinting, and in disease diagnosis.
Ограничения
По сравнению с другими методами, саузерн-блот – сложная техника, включающая множество этапов, для выполнения которых требуется дорогостоящее оборудование и реагенты. Необходимы ДНК высокого качества в большом количестве. Саузерн-блот – трудоемкий метод, который позволяет лишь приблизительно оценить размер ДНК, поскольку является полуколичественным. Он не позволяет выявлять мутации на уровне отдельных нуклеотидов.