kỹ thuật di truyền và sinh học phân tử

Kiểm tra sản phẩm tách chiết bằng điện di trên gel agaro Kết quả thu được của nhóm 1: Hình 1: Điện di tách chiết DNA tổng số từ vi khuẩn E.coli Nhận xét: Tách chiết DNA tổng số thành c

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

BÁO CÁO THỰC HÀNH

KỸ THUẬT DI TRUYỀN VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ

Nhóm 1 Giảng viên: TS Nguyễn Huy Thuần

Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Hào

MSSV: DTN1153150024

Lớp: 43 CNSH

Khoa: CNSH& CNTP

Thái Nguyên, 2013

Bài 1 TÁCH CHIẾT DNA TỔNG SỐ TỪ E COLI

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Mục đích

Tách chiết DNA tổng số nhằm mục đích thu nhận DNA ra khỏi cấu trúc bao bọc của tế bào, để phục vụ cho các nghiên cứu và ứng dụng sinh học phân

tử Điều quan tâm là thu nhận được các phân tử DNA ở trạng thái nguyên vẹn không bị phân hủy

Cách pha hóa chất

- Dung dịch đệm CTAB:

+ CTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide): 2g

+ Tris-HCl (pH8): 1,5756 g

+ EDTA (Na2H2EDTA.2H2O): 0,58448 g

+ NaCl: 8,14 g

+ H2O: 100 ml

+ β-mercaptoethanol: 0,2 ml (chỉ bổ sung ngay trước khi sử dụng)

Dung dịch đệm CTAB có tác dụng phá màng tế bào , bào quan, giải phóng

ra DNA

EDTA có tác dụng ức chế hoạt động của enzyme DNase, bảo vệ DNA, phá

vỡ liên kết hóa trị II và do đó làm giảm tính bền vững của lớp màng ngoài

tế bào vi khuẩn

- Dung dịch CIAA:

+ 24 ml chloroform

+ 1 ml isoamylalcohol

Chloroform không tan trong nước, do đó khi bổ sung vào dịch nuôi tế bào sẽ làm cho dịch này phân thành 2 lớp( pha) Hỗn hợp ly tâm mạnh để phân tách lớp Protein bị kết tủa sẽ nằm ở pha giữa

Isoamylancohol là 1 ancohol với sự có mặt của cation hóa trị I ( NA + ,

K + , NH 4 + ) có tác dụng làm kết tủa DNA

- Dung dịch TE 1x:

+ Tris: 0,1212 g

+ EDTA: 0,03 g

+ H2O: 100 ml

+ pH =8.0

- Cồn 70%:

+ cồn tuyệt đối: 70 ml

+ H2O: 30 ml

Sử dụng cồn tuyệt đối để loại bỏ một số muối lẫn tạp trong dung dịch

mà chúng kết tủa theo DNA

II CÁCH TIẾN HÀNH

3.1 Nguyên tắc

Nguyên tắc tách chiết DNA từ tế bào động vật, thực vật và vi khuẩn là như nhau Tuỳ từng loại mẫu phẩm sinh học, tuỳ từng mục đích nghiên cứu và điều kiện phòng thí nghiệm có thể sử dụng các kỹ thuật tách chiết với các loại hoá chất và dung môi khác nhau

Các phương pháp tách chiết DNA thường được dùng gồm:

1 Phương pháp CTAB

2 Phương pháp PVP

3 Phương pháp phenol/chloroform

4 Phương pháp Silica

5 Phương pháp Guanidine-chloroform

Trong phạm vi bài giảng thực hành này sẽ giới thiệu cách tách chiết DNA tổng số theo phương pháp CTAB (Cetyl threemetyl amomnium bromide) -

phương pháp 1 Do tác giả Gawel và cộng sự đưa ra năm 1991 và đã có sự cải

tiến

Nguyên tắc của phương pháp dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cơ học là nghiền và các hóa chất để phá vỡ vật liệu ban đầu là màng nhân, tạo thành hỗn hợp đựng trong các ống Ependorp Đồng thời kết hợp ly tâm để tách, các hóa chất và loại bỏ những thành phần không mong muốn, từ đó thu nhận DNA

3.2 Quy trình tách DNA (Gồm 10 bước)

A Bước 1: Bước chuẩn bị mẫu

Lấy 1.5 ml dịch nuôi vi khuẩn E coli cho vào ống eppendoft 1.5 ml Ly tâm 5000 vòng/phút, loại bỏ dịch nổi để thu sinh khối tế bào Lưu ý trình tự của các mẫu phải sắp xếp phù hợp với số ống eppendorp (phần sau gọi là ống mẫu) Đánh số thứ tự trên eppendorp bằng bút dạ không bị nhòe bởi nước theo thứ tự mẫu (hình 4)

B Bước 2: Tách DNA, loại bỏ protein và các thành phần không mong muốn

+ Bổ sung vào eppendorf chứa mẫu đã nghiền 500 µl dung dịch đệm CTAB, đảo trộn đều mẫu bằng máy vortex sao cho mẫu tan đều trong dung dịch đệm Sau

đó ủ ở 60oC trong 1h bằng máy lắc ổn nhiệt (hình 5) Nếu trường hợp không có máy lắc ổn nhiệt thì ủ mẫu trong 60oC trong 1 h, cứ 10 lại lấy ra đảo trộn đều 1 lần bằng máy vortex

+ Sau 1 h, lấy eppendorf chứa mẫu ra, ly tâm nhẹ để toàn bộ dung dịch lắng xuống đáy ống Sau đó bổ sung 500 µl dung dịch CIAA, đảo trộn bằng máy vortex trong vòng 30 giây

+ Ly tâm 10.000 vòng/phút trong 10 phút

Chú ý: đặt eppendorf phải đối xứng nhau trong máy ly tâm (hình 6) Trong trường hợp số lượng ống eppendorf lẻ, cần phải thêm 1 ống khác có trọng lượng tương đương làm đối trọng

+ Sau khi ly tâm, nhẹ nhàng lấy mẫu ra khỏi máy ly tâm rồi đặt vào giá để eppendorf Lúc này trong ống eppendorf có sự phân 3 pha bao gồm: pha dưới là dung dịch, pha giữa là phần cặn xác tế bào và pha trên là dung dịch chứa DNA hòa tan

+ Dùng micropipette 200 µl hút nhẹ nhàng 300 µl dung dịch ở pha trên sang ống eppendorf 1,5ml vô trùng mới Chú ý: không được hút phần cặn tế bào

ở pha giữa Tốt nhất là không nên hút hết toàn bộ phần dung dịch pha trên

C Bước 3: Kết tủa DNA

+ Bổ sung vào eppendorf 50 µl CH3COONa 3M (pH5.5) và 300 µl isopropanol Dùng micropipette 200 µl đảo trộn đều toàn bộ khối dung dịch trong ống eppendorf Lưu ý: dùng micropipette hút lên xuống khối dung dịch thật nhẹ nhàng với tốc độ chậm để tránh dung dịch bị bắn ra ngoài + Ly tâm nhẹ để khối dung dịch lắng xuống phía dưới của ống eppendorf

+ Đặt eppendorf chứa mẫu DNA vào tủ lạnh -20oC trong 2h

+ Sau 2 h, lấy eppendorf chứa mẫu ra khỏi tủ lạnh, ly tâm 10.000 vòng/phút trong 30 phút

+ Sau khi ly tâm, dùng micropipette cẩn thận loại bỏ toàn bộ phần dung dịch sau cho không được hút phần cặn DNA bám dưới đáy ống eppendorf (màu trắng đục) Sau khi hút phần dung dịch lần thứ nhất có thể đặt eppendorf vào máy ly tâm rồi ly tâm 10.000 vòng/phút trong 1 phút để toàn bộ phần dung dịch bám trên thành ống di chuyển xuống phía đáy ống rồi hút loại bỏ hoàn toàn phần dung dịch

D Rửa kết tủa DNA

+ Bổ sung vào eppendorf 1000 µl dung dịch cồn 70% rồi đảo trộn mạnh bằng máy vortex sao cho phần cặn DNA long ra khỏi đáy ống

+ Ly tâm 10.000 vòng/phút trong 1 phút Dùng micropipette 200 µl hút loại bỏ hoàn toàn dung dịch cồn 70% ra khỏi ống Ly tâm ống 10.000 vòng/phút trong 1 phút Loại bỏ hoàn toàn dung dịch cồn 70% khỏi ống lần 2

+ Mở nắp eppendorf rồi để khô tự nhiên kết tủa DNA cho đến khi trong eppendorf không còn mùi cồn và khô hoàn toàn (khoảng 10-15 phút) ở nơi sạch, thoáng, không có người qua lại Tốt nhất là để khô tự nhiên kết tủa DNA trong tủ Hood

E Hòa tan DNA

+ Bổ sung vào eppendorf chứa kết tủa DNA 100 µl dung dịch đệm TE 1x rồi đảo trộn bằng máy vortex Ủ eppendorf ở 70oC trong 10 phút trên máy lắc ổn nhiệt

F Kiểm tra sản phẩm tách chiết bằng điện di trên gel agaro

Kết quả thu được của nhóm 1:

Hình 1: Điện di tách chiết DNA tổng số từ vi khuẩn E.coli

Nhận xét:

Tách chiết DNA tổng số thành công, băng vạch gọn nhỏ, không có DNA bị đứt gãy, tuy nhiên lượng DNA thu được ít nên vạch không sáng rõ, còn mờ, ngoài ra vẫn còn tạp chất như protein, không bị lẫn RNA, mẫu số 6 thành công nhất, sau

đó mẫu số 2,7,8 và 9 chấp nhận được, các mẫu còn lại tương đối, mẫu số 3,4,5 lẫn tạp khá nhiều protein

- Giếng số 1: Tách chiết DNA tổng số thành công, băng vạch gọn nhỏ, không có DNA bị đứt gãy, tuy nhiên lượng DNA thu được ít nên vạch không sáng rõ, còn mờ, ngoài ra vẫn còn tạp

chất như protein, không bị lẫn RNA

- Giếng số 2:Lượng DNA thu được ít ( hình ảnh bị mờ nên không nhận xét được DNA có bị đứt gãy không), ngoài ra bị lẫn tạp chất protein bị dính ở miệng và giếng và RNA ở cuối đường chạy điện di

- Giếng số 3: Tách chiết DNA tổng số thành công, băng vạch gọn nhỏ, tuy nhiên lượng DNA thu được ít nên vạch không sáng rõ, còn mờ, ngoài ra vẫn còn lẫn tạp chất như protein và

RNA, DNA bị đứt gãy

- Giếng số 4: Tách chiết DNA tổng số chấp nhận được, DNA không bị đứt gãy, tuy nhiên còn lẫn tạp nhiều protein và RNA

ở cuối đường chạy điện di

- Giếng số 5: Tách chiết DNA tổng số chấp nhận được, DNA không bị đứt gãy, tuy nhiên còn lẫn tạp nhiều protein và RNA

ở cuối đường chạy điện di

- Giếng số 6: Tách chiết DNA tổng số thành công, DNA không

bị đứt gãy, không lẫn RNA và protein

- Giếng số 7: Tách chiết DNA tổng số thành công, băng vạch gọn nhỏ, lượng DNA thu được ít,( hình ảnh bị mờ nên không nhận xét được DNA có bị đứt gãy không), ngoài ra bị lẫn tạp chất protein bị dính ở miệng và giếng và RNA ở cuối đường chạy điện di

- Giếng số 8: Tách chiết DNA tổng số thành công, băng vạch gọn nhỏ, lượng DNA thu được ít,( hình ảnh bị mờ nên không nhận xét được DNA có bị đứt gãy không), ngoài ra bị lẫn tạp chất protein bị dính ở miệng và giếng và RNA ở cuối đường chạy điện di

- Giếng số 9: Tách chiết DNA tổng số thành công, băng vạch

gọn nhỏ, lượng DNA thu được ít,( hình ảnh bị mờ nên không nhận xét được DNA có bị đứt gãy không), ngoài ra bị lẫn tạp chất protein khá nhiều bị dính ở miệng giếng, tuy nhiên giếng

9 không bị lẫn RNA

IV Giải thích

Nguyên lí của quá trình tách chiết phá vỡ tế bào vi khuẩn E.coli:

- Phá vỡ tế bào , màng tế bào và mô

- Loại bỏ tạp chất không phải DNA ( Protein, lipid, đường…)

- Phá vỡ tế bào bằng cách xử lí nhiệt, dung lực mạnh hơn để phá vỡ liên kết, lực cơ học đảo trộn bằng máy vortex

- CTAB : Chất tẩy rửa thường dùng để phá vỡ màng tế bào, bào mòn màng tế bào Màng tế bào là lớp kép phospholipid, CTAB làm biến tính protein, phospholipid bị hòa tan

Trong dung dịch đệm có các thành phần:

- Tris- HCl: ổn định pH

- EDTA: Có ái lực cao với ion kim loại hóa trị II hấp thụ kim loại nặng, bảo vệ DNA khỏi sự phân hủy của enzyme DNase, enzyme nội bào hấp thụ Ca+ , Mg+ canh tranh với enzyme làm enzyme không hoạt động

- Khi bổ sung CTAB thì ủ ở 65ºC trong 1h và 10 phút đảo trộn

1 lần

- CTAB hoạt động mạnh hiệu quả ở nhiệt độ khoảng 60- 70ºC, mạnh hơn khi có ái lực cơ học tác động vào ( CTAB hoạt động trong trường hợp có NaCl)

- CIAA bổ sung để tách chiết DNA, loại bỏ protein và các thành phần khác không mong muốn, chloroform không kết tủa DNA, có tác dụng biến tính CTAB, kết tủa CTAB

- Isoamyalcohol: Loại bỏ, giảm khả năng tạo bọt, đồng thời giúp tăng cường hỗ trợ khả năng kết tủa protein, hỗ trợ sự phân pha Sau khi bổ sung CIAA ly tâm thì có hiện tượng phân pha ( 3 pha)

+ Pha trên : Là DNA

+ Pha giữa: Chứa protein

+ Pha dưới: Chứa xác cặn tế bào và dung dịch chloroform

- CH3 COONa 3M pH 5.5 : ion Na+ vào trung hòa DNA triệt tiêu khả năng hòa tan DNA, bổ sung isopropanol sẽ kết tủa được DNA, phân tách và thu được DNA ( CH3 COONa,

CH3 COOK, NaCl : hỗ trợ kết tủa nhanh hơn)

- Rửa tủa bằng cồn 70%, không sử dụng nước cất để rửa để rửa tủa vì DNA bị hòa tan trong nước không hòa tan trong cồn Nếu tủa lẫn muối : Muối hòa tan trong cồn 70%, cồn 100% muối không tan, cồn kết tủa cả protein vì cậy khi rửa tủa bằng cồn xong thì hút hết hết cồn và làm bay hơi hết cồn Nếu còn cồn sẽ làm biến tính enzyme không thực hiện được các phản ứng sinh học phân tử tiếp theo

- Hòa tan DNA bằng TE 1X hoặc nước khử ion, nước khử ion

và TE 1X đều có thể hòa tan tủa DNA nhưng ít khi sử dụng nước khử ion vì rửa tủa bằng TE 1X hiệu quả hơn có thể bảo quản được lâu, TE bảo quản tốt nhất vì có chứa EDTA ái lực với ion kim loại hóa trị II, bảo vệ DNA khỏi sự phân hủy của enzyme giúp bảo quản được lâu

Hạn chế của TE là khi có sự có mặt của EDTA ức chế các enzyme các phản ứng sinh học phân tử sau này Cho nên sử dụng TE ở nồng độ loãng, nếu không sẽ ức chế các phản ứng sinh học sau này

Sử dụng TE 1X là được

Bài 2 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ DNA BẰNG QUANG PHỔ KẾ

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Mục đích

Phương pháp định lượng acid nucleic được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp quang phổ do tính tiện dụng và chỉ số tin cậy ở mức cho phép

II THIẾT BỊ, HÓA CHẤT

2.1 Thiết bị, dụng cụ

- Máy đo OD bước sóng 260 và 280 nm

- Pipet

- Đầu tip các loại

- Cuvet

2.2 Hóa chất và cách pha hóa chất

- Nước khử ion

III CÁCH TIẾN HÀNH

3.1 Nguyên lý

Nguyên lý của phương pháp này dựa trên sự hấp thụ tia tử ngoại ở bước sóng 260 nm của các base Một dung dịch chứa càng nhiều acid nucleic, hay nói cách khác nồng độ acid nucleic càng cao, thì càng hấp thụ nhiều ánh sáng Do đó nồng độ acid nucleic được tính theo tương quan giá trị mật độ quang học tại bước sóng 260 nm (Optical Density260nm - OD260) Một đơn vị OD260 tương ứng với nồng độ 50 µg/ml đối với dung dịch chứa DNA mạch kép và 40 µg/ml đối với RNA và DNA mạch đơn

3.2 Các bước tiến hành

Bước 1: Chuẩn bị cuvet

- Lấy cuvet ra khỏi dung dịch bảo vệ Rửa sạch bằng nước cất 2 lần

Bước 2: Chuẩn bị blank

- Lấy 2 ml nước khử ion cho vào 1 cuvet

Bước 3: Bố trí dãy pha loãng

- Lấy 2 ml nước khử ion cho vào 3 cuvet khác, sắp theo thứ tự 1,2,3

- Lấy 20 µl DNA cho vào cuvet thứ nhất, trộn đều bằng pipet

- Lấy 20 µl từ cuvet thứ nhất cho sang cuvet thứ 2, trộn đều

- Lấy 20 µl từ cuvet thứ hai cho sang cuvet thứ 3, trộn đều

Bước 4: Đo OD bằng máy

- Chọn chế độ đo OD 260/280

- Đưa cuvet blank vào, chuẩn hóa

- Lần lượt đưa cuvet 1,2,3 vào và đo OD, ghi lại kết quả

Bước 5: Tính toán và kết luận

- Từ số liệu thu được, tính toán nồng độ DNA trong dung dịch gốc bằng cách nhân với 1000

- Dựng đường chuẩn với 3 điểm

- Kết luận về độ sạch của DNA dựa trên chỉ số OD260/280

IV Nhận xét: Đã sử dụng mẫu 16 ( tách DNA tổng số khá thành công) để tiến hành trong bài này , tuy nhiên do nhân tố chủ quan nên mẫu không cho được kết quả

Bài 3 ĐIỆN DI TRONG GEL AGAROSE

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Mục đích

Điện di DNA trong gel agarose là kỹ thuật dùng để kiểm tra chất lượng

và hàm lượng DNA Kỹ thuật dựa trên nguyên tắc: dựa vào đặc tính cấu trúc của axít nucleic là đại phân tử tích điện âm đồng đều trên khắp bề mặt nên khi chịu tác động của một điện trường chúng sẽ di chuyển về cực dương của điện trường

II THIẾT BỊ, HÓA CHẤT

2.1 Thiết bị, dụng cụ

- Bộ điện di DNA: Nguồn điện di (80 - 120V), giá và bể điện di, lược tạo giếng điện di, khay thăng bằng nhờ giọt nước đổ bản gel

- Cân điện tử

- Bình chịu nhiệt để đun agarose

- Lò vi sóng

- Ống eppendorp loại 2 ml

- Khay nhựa có nắp kín kích thước (10 x 20 x 30 cm) để nhuộm bản gel

- Máy lắc

- Máy soi gen

- Máy chụp ảnh (nếu có)

2.2 Hóa chất và cách pha hóa chất

- Agarose

- TAE 1X TAE 1X được pha từ TAE 50X stock bao gồm:

+ 242 gam Tris base (FW = 121) + 57,1 ml glacial actic axit (axit axetic băng) + 100 ml EDTA (pH = 8)

+ Bổ sung nước cất lên thể tích 1lít

Khi pha 1X sẽ cần 1 ml dung dịch 50X stock + 9 ml nước cất

- Ethydium Bromide Solution nhuộm ở nồng độ 0,5% (0,5 μl/ml)

- Dye 6X Dye 6X được pha loãng từ Dye 10X Trong đó 10X sample buffer stock bao gồm: 50% glycerol, 0,25% bromophenol, 0,25% xylene cyanole

FF và pha trong 1 x TAE buffer Ví dụ: Để pha được 10 ml Dye 10X cần:

+ 5ml glycerol + 0,25% x 10 gam bromophenol + 0,25% x 10 gam xylene

+ Còn lại là 1 x TAE

10 ml Dye 6X sẽ được pha từ 6 ml Dye 10 X + 4 ml nước cất

III NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

3.1 Nguyên lý

Dựa vào đặc tính cấu trúc của axít nucleic là đại phân tử tích điện âm đồng đều trên khắp bề mặt nên khi chịu tác động của một điện trường chúng sẽ

di chuyển về cực dương của điện trường

3.2 Các bước tiến hành

- Bước 1: Pha 0,8 gam agarose trong 100 ml TAE 1X, đun sôi bằng lò vi sóng Lưu ý khi đun bằng bình chịu nhiệt có nắp không được đậy nắp kín, hoặc đun bằng cốc thủy tinh chỉ nên đổ khoảng 2 phần 3 thể tích cốc nhằm tránh tràn khi sôi Đun sôi để nguội đến 60oC (khi có thể dùng tai cầm được bình đựng agarose là được) mới tiến hành đổ bản gel

- Bước 2: Trước khi đổ bản gel cần lau sạch giá đổ bằng giấy thấm mềm

dễ hút nước sau đó mới cài lược Lược tạo giếng được đặt ở phía cực âm của bể điện di Tiến hành cân bằng mặt phẳng của giá bể bằng giọt nước trên giá

Đổ bản gel, bản gel trong bài thực hành này có kích thước dài 10 cm, rộng 6,5 cm và cao 0,4 cm Mỗi giếng sâu 0,3 cm, thể tích giếng chứa được 0,8

μl mẫu Do vậy mỗi bản gel cần đổ 50 ml Đợi khoảng 1 giờ cho khô và tháo lược (hình 9 và 10)

- Bước 3: Đổ khoảng 150 ml dung dịch TAE 1X vào bể điện di, dung tích TAE có thể linh động thay đổi để phù hợp khi đặt bản gel trong bể

- Bước 4: Đặt bản gel (hình 10) vào bể điện di, lưu ý có thể thêm hay bớt dung dịch TAE 1X, để được bản gel ngập 0,1 cm (1mm) so với bề mặt dung dịch điện di

- Bước 5: Lấy 10 μl ở các mẫu DNA đã tách chiết trộn với 2μl Dye 6X bằng các ống eppendorp mới (đã ghi thứ tự), vẩy nhẹ tay để mẫu DNA được trộn đều với Dye 6X Cho cẩn thận hỗn hợp 8μl ở ống vào giếng điện di bằng