Phân tích acid nucleic – Phân tích ADN nhiễm sắc thể doc

Phân tích acid nucleic – Phân tích ADN nhiễm sắc thể Phương pháp phân tích ở đây bao gồm việc tách ADN của nhiễm sắc thể và cắt bằng enzym cắt hạn chế để phân biệt giữa các vi sinh vật với nhau. Một chú ý khi tách ADN nhiễm sắc thể phải thao tác nhẹ nhàng để tránh đứt gãy do nguyên nhân cơ học. Nói chung các mảnh cắt nên có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 50 kb. Việc tách các mảnh cắt đó được thực hiện dựa vào kỹ thuật điện di trong trường xung điện (PFGE = Pulsed Field Gel Electrophoresis ).style="text-align: justify; margin-top: 6.0pt"> Như vậy kỹ thuật dấu vân tay không chỉ áp dụng trong trường hợp trên tế bào mang plasmid mà kỹ thuật này còn được sử dụng với nhiễm sắc thể cho mọi trường hợp.rường hợp.ường hợp.ường hợp. Liên quan đến vấn đề này phải kể đến kỹ thuật BRENDA: phân tích kết quả xử lý enzym cắt hạn chế với vi sinh vật. Ở đây cách chọn loại enzym cắt hạn chế vô cùng quan trọng, theo cách chọn này có thể tạo ra quá nhiều mảnh cắt nên không thể phân biệt được các băng riêng rẽ trong khi đó đối với các trường hợp khác lại tạo ra quá ít mảnh cắt có kích thước lớn khó tách theo các kỹ thuật điện di hiện có. Các vi sinh vật khác nhau có tỷ lệ GC khác nhau (dao động từ 25-75%) các mảnh cắt thu được sau khi xử lý enzym cắt hạn chế rất khác nhau. Theo Nei M. và Li W. H. (1979) thì số mảnh cắt có thể thu được tính trên lý thuyết là: a = (g/2) r1 x {1-(g/2)} r2 Trong đó: g - tỷ lệ GC của ADN r1 - số cặp GC r2 - số cặp AT trong vị trí cắt của enzym giới hạn sử dụng a - số vị trí cắt khi sử dụng enzym cắt hạn chế. Mặt khác, người ta cũng căn cứ vào kết quả nghiên cứu các vị trí cắt của bộ gene vi sinh vật làm cơ sở cho cách chọn enzym cắt. Thông thường cho mỗi phép phân tích người ta ghi được số các băng cắt bởi enzym và tính toán kích thước các mảnh tạo thành làm cơ sở cho các phép phân tích về sau. Tuy nhiên, một trong những nguyên nhân hạn chế cho phép phân tích trên là các phương pháp tách ADN thông thường đều dẫn đến thay đổi kích thước do đứt gãy ADN nhiễm sắc thể, mặt khác sự có mặt của plasmid lẫn cũng tạo ra sự khác biệt giả trong kết quả phân tích, để khắc phục nhược điểm trên người ta phải thực hiện phép phân tích ADN nhiễm sắc thể nguyên vẹn để phát hiện các nguồn ADN tạp nhiễm lẫn vào kết quả phân tích. + Kỹ thuật điện di trong trường xung điện (điện di trong trường điện thay đổi, PFGE) - Nguyên tắc: Trước tiên các mẫu đưa vào phân tích phải được xử lý trước bằng loại enzym cắt hạn chế mà có rất ít điểm cắt. Kết quả phải tạo ra được các mảnh có kích thước lớn (50 kb – 12 Mb), với kích thước này không thể điện di theo phương pháp thông thường mà chỉ có thể tách ra bằng kỹ thuật PFGE (ật PFGE (ật PFGE (uật PFGE (Pulsed-Field Gel Electrophoresis ). Kỹ thuật PFGE lần đầu tiên được Schwartz va Cantor (1984) giới thiệu. Tuy nhiên sau đó đã có nhiều tác giả mô tả lại kỹ thuật này, tuy có sai khác ít nhiều nhưng cơ sở lý thuyết của các phương pháp này là như nhau: Mục đích của kỹ thuật này là tăng khả năng di động của các mảnh ADN có kích thước lớn trong điện trường, do đó các thành phần gel và đệm hầu như không thay đổi theo các phương pháp điện di thông thường. Tuy nhiên theo phương pháp thông thường thì sự điện di liên quan đến sự di động của các mảnh ADN có kích thước khác nhau trên gel agarose trong một trường điện không đổi. Kết quả ở đây là phân tử lớn khó di động hơn phân tử nhỏ qua mắt xích agarose, tạo ra sự tách biệt trong trường điện di. Trong trường hợp PFGE lực làm thay đổi khả năng di động lại là trường điện tích thay đổi liên tục dẫn đến các mảnh ADN có kích thước khác nhau thay đổi hướng di động. Như vậy kết quả là các mảnh có kích thước khác nhau sẽ có khả năng di động khác nhau. Kích thước càng lớn thì mức độ di động càng chậm. Sự di động khác nhau của ADN chủ yếu phụ thuộc vào kích thước chứ không phải do gel agarose như ở phương pháp điện di thông thường, hình 1.2. Hình 1.2. Sử dụng kỹ thuật PFGE phân tích nhiễm sắc thể sau khi xử lý với Sma I với 7 chủng Haemophilus ìnluenzae. Tiếp theo các mô tả của Schwartz va Cantor, Smith và Codemine (1990) đã đề cập đến sự di chuyển của các mảnh ADN khác nhau là hàm số tuyến tính với kích thước của chúng. Trên cơ sở đó có thể điều chỉnh các xung điện và điện trường. Tuy nhiên các nhân tố khác cũng có mối tương tác lẫn nhau và ảnh hưởng đến khả năng di động của ADN như: nhiệt độ, điện thế, nồng độ agarose cũng như nồng độ ion trong đệm. - Chuẩn bị ADN cho PFGE: Chuẩn bị ADN từ nhiễm sắc thể không giống như các phương pháp chuẩn bị ADN plasmid. Một vấn đề thường xảy ra là sự đứt gãy ngẫu nhiên ADN dẫn đến sai khác trong kết quả phân tích. Để hạn chế điều này người ta phải thực hiện kỹ thuật tách ADN NST khỏi tế bào mẫu agarose có nhiệt độ nóng chảy thấp – LMT (Schwartz va Cantor – 1984 và Smith, Klco 1988). Theo phương pháp này hỗn dịch tế bào (dịch nuôi cấy hoặc dịch huyền phù) được trộn với LMT agarose tại 37 o C. Hỗn dịch đầu tiên được xử lý với enzym và chất tẩy rửa để tách ADN NST khỏi thành, màng tế bào, RNA và protein. Sau đó là xử lý với EDTA, bất hoạt nuclease tế bào với proteinase K và N-lauroylsarcosine để loại các thành phần khác của tế bào. Kết quả là phần LMT agarose có chứa ADN NST được dùng làm mẫu chạy gel 0.5-1.0% (nên làm tan ở 65 o C) và đưa lên mẫu chạy gel PFGE, tài liệu của Smith (1988) mô tả chi tiết cách chuẩn bị mẫu từ các tế bào có và không có thành tế bào: vi khuẩn, nấm men, nấm sợi, tế bào thực vật và động vật. Nói chung với các trường hợp có thành tế bào thì cần đến enzym phá thành tế bào. Lượng ADN NST thường dao động trong khoảng 0.5-20 µg ADN là thích hợp. Nếu quá nhiều ADN thì không thể phân tích được, còn quá ít thì cũng không thể phát hiện được các băng ADN trong kết quả phân tích. Mẫu ADN dùng cho kỹ thuật PFGE có thể được giữ 1 năm trong lạnh có chứa 0.5M EDTA. - Sau khi thu được ADN NST trong mẫu LMT agarose thì tiến hành xử lý với enzym giới hạn loại có ít điểm cắt. Tuy nhiên mẫu đầu tiên phải được xử lý với PMSF để bất hoạt protein K sau đó PMSF lại phải loại bỏ sau một số lần rửa với chất tẩy rửa và EDTA. Sau đó chỉ cần phân nhỏ mẫu trong agarose được xử lý với đệm và enzym cắt hạn chế qua đêm trong tube và sau đó toàn bộ mẫu này được sử dụng để tách trong trường xung điện. Bảng 1.2 dưới đây liệt kê các enzym cắt hạn chế được dùng cho phân tích PFGE. Bảng 1.2. Một số enzym cắt hạn chế được dùng cho kỹ thuật PFGE. Enzym Vị trí cắt AatII GACGT/C ApaI GGGCC/C ClaI AT/CGAT MluI A/CGCGT NarI GG/CGCC NheI G/CTAGC NotI GC/GGCCGC NruI TCG/CGA PvuI CGAT/CG SacII CCGC/GG SalI C/TCGAC SfiI GGCC(N)4/NGGCC SmaI CCC/GGG XhoI C/TCGAG - Ứng dụng của kỹ thuật phân tích PFGE: Kỹ thuật PFGE đã được sử dụng cho nghiên cứu trên nhiều đối tượng khác nhau (xem bảng 1.3). Bảng 1.3. Minh hoạ các chủng vi sinh vật được phân tích dựa trên kết quả PFGE thu được từ các đoạn nhiễm sắc thể. Vi sinh vật nghiên cứu Tài liệu tham khảo 1. Acinetobacter baumannii 2. Brucella spp 3. Campylobacter hyointestinalis 4. Campylobacter jejuni 5. CADNida arabicans 6. CADNida prapsilosis 7. Coxiella burnettii 8. Enterobacter cloacae Gouby et al (1992) Allardet, Servent et al (19980 Salama et al (1992) Yan et al (1991) Vasquez et al (1991) Carruba et al (1991) Heizen et al (1990) Haertl ADN BADNlow (1993) MirADNa et al (1991) 9. Enterococcus faecium 10. Escherichia coli 11. Listeria monocytogenees 12. Leptospira spp 13. Mycobacterium tuberculosis 14. Neisseria meningitidis 15. Psedomonas aeruginosa 16. Shigella spp 17. Staphylococcus aureus 18. Streptococci ssp Bohm ADN Karch (1992) Brosch et al (1991) Herrmann et al (1992) Zhang et al (1992) Bygraves ADN Maiden (1992) Boukadida et al (1987) Sodati ADN Piffaretti (1991) Prevost et al (1992) Single ADN Martin (1992) Mỗi một đối tượng có đặc trưng riêng về kết quả phân tích PFGE và được dùng cho nghiên cứu so sánh với nhau về sự tương đồng. Đối với nhiều đối tượng có nhiễm sắc thể thì không nhất thiết phải thực hiện đối với mọi nhiễm sắc thể mà chỉ cần trên một số nhiễm sắc thể mà thôi. Ví dụ trong trường hợp của C.albicans Monod (1990) chỉ cần thực hiện phép phân tích với một trong 4 tổ hợp của một số nhiễm sắc thể là đủ. Cho dù theo các cách chuẩn bị nhiễm sắc thể khác nhau thì kết quả của phép phân tích PFGE đều giống nhau. Phép phân tích PFGE được ứng dụng cho các nghiên cứu ở mức độ loài với loài. Một số điểm cần lưu ý khi sử dụng kỹ thuật PFGE: + Kỹ thuật này đòi hỏi phải có trang thiết bị chuyên dụng, kỹ thuật cũng như kinh nghiệm vì việc tách nhiễm sắc thể đôi khi gặp khó khăn trên một số đối tượng vi sinh vật. + Kỹ thuật PFGE không đủ nhạy để phát hiện những sai khác nhỏ giữa các mẫu, đặc biệt khi thực hiện với một enzym thì kết quả có thể giống nhau nhưng không chắc chắn là hai mẫu giống nhau hoàn toàn. Điều đó có nghĩa là kỹ thuật này nên dùng để xác định sự khác nhau còn việc xác định sự giống nhau thì không đủ tin cậy. Tuy nhiên ngay cả khi xác định sự khác nhau đôi khi các mẫu có plasmid nhỏ hay thực khuẩn thể cũng cần xét đến vì chính nguồn ADN này cũng tạo ra những sai khác giả. + Sự khác biệt giữa các mẫu có thể phát hiện được khi dùng các enzym cắt hạn chế khác nhau. Tóm tắt: Phương pháp phân tích plasmid là phương pháp được dùng phổ biến trong các phòng thí nghiệm chuẩn đoán vi sinh vật. Việc kết hợp giữa phân tích plasmid [...]... enzym cắt hạn chế sẽ tạo được sự phân tích chính xác với các thông tin đáng tin cậy đối với các mẫu phân tích Tuy nhiên, khi phân tích các mẫu dựa trên plasmid thì cần lưu ý là các plasmid có thể bị mất qua các thế hệ phân chia, dẫn đến sai lệch các kết quả nghiên cứu Khi thực hiện phép phân tích PFGE với các plasmid lớn sẽ khắc phục được hạn chế của các phép phân tích hiện tại với plasmid nhỏ như... thí nghiệm vi sinh vật, áp dụng trên các đối tượng dễ nuôi cấy có thể cho các kết quả tốt hơn nhưng hạn chế về giá thành thiết bị cũng như yêu cầu cao về kỹ thuật và kinh nghiệm Mặt khác khi sử dụng các enzym cắt hạn chế hiếm có thể sẽ khó phát hiện được mức độ sai khác Như vậy sự kết hợp giữa các phép phân tích plasmid, PFGE và lai ADN sẽ cho kết quả tin cậy hơn . Phân tích acid nucleic – Phân tích ADN nhiễm sắc thể Phương pháp phân tích ở đây bao gồm việc tách ADN của nhiễm sắc thể và cắt bằng enzym cắt hạn chế để phân biệt giữa. trong kết quả phân tích, để khắc phục nhược điểm trên người ta phải thực hiện phép phân tích ADN nhiễm sắc thể nguyên vẹn để phát hiện các nguồn ADN tạp nhiễm lẫn vào kết quả phân tích. + Kỹ. mọi nhiễm sắc thể mà chỉ cần trên một số nhiễm sắc thể mà thôi. Ví dụ trong trường hợp của C.albicans Monod (1990) chỉ cần thực hiện phép phân tích với một trong 4 tổ hợp của một số nhiễm sắc