Bằng vector cosmid hoặc plasmid có thể sàng lọc và tạo dòng được thư viện bộ gen, hay thư viện genome (genomic liabrary), và thư viện DNA bổ sung (cDNA liabrary), nhưng nhiều trường hợp sử dụng phage vector hệ lambda (λ) đối với các thư viện genome và cDNA mới. Việc nghiên cứu so sánh cấu tạo bộ gen đích cũng như việc tái tạo dòng thuần (subcloning) đòi hỏi phải điều chế DNA phage. Để điều chế DNA phage với ít tạp chất nhất thiết phải sử dụng phage phát triển tốt (để có phage với hiệu giá (titre) cao). Kết quả việc nuôi cấy phage kém phát triển là do sự phát triển phage và của E. coli ký chủ không nhất trí. Lượng phage thu hồi được phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ giữa lượng vi khuẩn ký chủ và lượng phage được đưa vào môi trường. Để thu được phage với hiệu giá cao cần bồi dưỡng trong điều kiện tốt nhất.
1. Phương pháp xác định hiệu giá phage
Để nuôi cấy thu phage với hiệu giá cao nhất cần biết titre của phage trong dịch dung khuẩn.
1) Trộn 0,1 ml vi khuẩn E. coli đã cấy qua đêm với 0,1 ml dịch dung khuẩn của phage đã được pha loãng trong dung dịch SM để có nồng độ 100 pfu (plaque-forming unit). Ủ ở 37 °C trong 10 phút.
Dung dịch SM chứa 5,8 g NaCl, 2,0 g MgSO4.7H2O, 25 ml
Tris-HCl 2M (pH 7,5), 5 ml gelatin 2%, thêm nước cất cho đủ 1 lít rồi hấp cao áp tiệt trùng.
2) Sau đó, rót 2,5 ml dịch agar phủ (agar nửa lỏng, top agar) đã làm nguội đến 50 ºC. San ra đĩa môi trường LB.
3) Để ở nhiệt độ phòng 15 phút, khi agar phủ hoàn toàn hóa rắn thì ủ ở 37 °C bồi dưỡng qua đêm.
4) Đếm số plaque, tính toán hiệu giá phage của dịch dung khuẩn.
2. Điều chế lượng nhỏ DNA phage
Đối với các thí nghiệm như làm bản đồ enzyme hạn chế các dòng thuần của phage đã được sàng lọc thư viện cũng như lai phân tử thì lượng DNA phage cần thiết không nhiều, thường dùng lượng DNA chế từ 5 ml môi trường lỏng. Nếu cần điều chế lượng phage lớn hơn thì tăng số lượng
ống nuôi cấy.
2.1. Phương pháp điều chế dịch phage dung khuẩn
1) Dùng tăm (hoặc đầu pipet) vô trùng lấy một plaque duy nhất đã sàng lọc được genomic liabrary hoặc cDNA liabrary khuấy vào 100 µl môi trường SM.
Môi trường SM chứa 5,8 g NaCl, 2,0 g MgSO4.7H2O, 25
ml Tris-HCl 2M (pH 7,5), 5 ml gelatin 2%, thêm nước cho đủ 1 lít, hấp cao áp tiệt trùng.
2) Để một giờ ở nhiệt độ phòng.
3) Cho vào 20 µl vi khuẩn đã bồi dưỡng qua đêm, để 15 phút ở 37 ºC. 4) Thêm 5 ml môi trường NZYM, bồi dưỡng qua đêm ở 37 ºC. Cuối cùng môi trường trở nên trong mặc dù không hoàn toàn và quan sát thấy các mẫu cặn phân giải của vi khuẩn.
Môi trường NZYM chứa 10,0 g NZ amine, 5,0 g NaCl, 5,0
g cao nấm men (yeast extract), 2,0 g MgSO4.7H2O, chế thêm nước cất cho đủ 1 lít, hấp cao áp tiệt trùng.
5) Thêm 100 µl chloroform, trộn đảo 15 phút.
6) Quay li tâm 3.000 v/ph trong vòng 10 phút, hút lấy nước mặt (dịch phage dung khuẩn) chuyển qua ống khác.
7) Với phương pháp này có thể thu được phage với hiệu giá cao đến 1010 pfu/ml.
2.2. Điều chế lượng nhỏ DNA phage
1) Thêm vào dịch phage dung khuẩn (thu được ở 7) mục trên) 5 µg/ml DNase I và 5 µg/ml RNase A, ủ 30 phút ở 37 ºC.
2) Thêm dung dịch PEG 6000 20% - NaCl 2M đến mức 10% so với tổng thể tích, trộn rồi để trên nước đá 1 giờ. Polyethylene glycol 6000 gây kết tủa DNA.
Dung dịch PEG 6000 20% - NaCl 2M chứa 20%
polyethylene glycol 6000 và 2 mol/lít NaCl so với thể tích toàn bộ. 3) Quay li tâm 3.000 v/ph 20 phút ở 4 ºC, loại bỏ hoàn toàn nước mặt. 4) Thêm 0,5 ml SM vào cặn, tạo huyền phù rồi chuyển sang ống Eppendorf.
5) Quay li tâm 8.000 v/ph trong 2 phút, chuyển lớp mặt sang ống Eppendorf mới.
6) Thêm EDTA 10mM và SDS 10mM cho đủ 0,1% mỗi loại, ủ ở 60 - 65 ° C trong 15 phút.
7) Thực hiện một lần chiết xuất bằng phenol, phenol-chloroform rồi bằng chloroform.
8) Kết tủa DNA bằng cách cho thêm vào lớp nước còn lại một lượng tương đương isopropanol, trộn rồi để 10 phút ở −70 ºC.
9) Quay li tâm 12.000 v/ph trong 5 phút, loại bỏ lớp mặt. 10) Tráng cặn DNA bằng ethanol 70%, làm khô.
11) Hòa tan vào 50 µl TE hoặc nước cất tiệt trùng ta được dung dịch DNA phage.
3. Điều chế lượng lớn DNA phage
Sau khi có dòng thuần đoạn DNA được xác nhận nhờ lượng nhỏ DNA phage, việc phân tích dòng thuần tiếp sau đó thường cần điều chế lượng lớn DNA phage. Để thu lượng lớn dịch phage dung khuẩn có phương pháp dung giải dịch thể và dung giải trên đĩa (plate lysation). Phương pháp dung giải dịch thể đơn giản và có thể thu được DNA với lượng lớn nhưng nhiều clone không thu được dịch phage dung khuẩn với hiệu giá cao. Phương pháp dung giải trên đĩa mất thời gian nhưng là phương pháp không bị ảnh hưởng bởi tính cá thể của từng clone của phage.
3.1. Phương pháp chế dịch phage dung khuẩn
3.1.1. Phương pháp nuôi cấy lỏng
1) Cho vào 5 ml E. coli đã bồi dưỡng qua đêm 5 ml dịch phage dung khuẩn đã pha loãng bằng SM nồng độ 1 - 5×109 pfu/ml, ủ ở 37 °C trong 10 phút.
2) Thêm 1 lít môi trường NZYM, ủ 1 đêm ở 37 °C.
3) Khi xác nhận sự dung khuẩn thì thêm 5 ml chloroform, đảo trộn 10 phút.
4) Quay li tâm 5.000 v/ph trong 10 phút, lấy nước mặt.
5) Đo hiệu giá của dịch dung khuẩn. Lượng phage 1013 pfu chứa khoảng 500 μg DNA.
3.1.2. Phương pháp dung giải trên đĩa
1) Thêm 0,1 ml SM chứa 105 - 106 pfu phage vào 0,1 ml E. coli đã bồi dưỡng qua đêm, ủ 10 phút ở 37 °C. Để có lượng phage lớn cần khoảng 10 - 50 đĩa Petri.
2) Thêm 2,5 ml top agar (agar mềm) ở 50 °C, trộn rồi san ra các đĩa LB (có mặt ẩm thì tốt hơn).
3) Chờ top agar rắn, lật đĩa lại, cho vào túi chất dẻo và ủ ở 37 °C.
4) Sau 6 - 7 giờ bắt đầu xuất hiện dung khuẩn. Khi đã thấy dung khuẩn thì cho vào mặt môi trường 5 ml SM, rồi nhỏ lên một số giọt chloroform. 5) Khi SM lan hết mặt thạch, đặt đĩa thạch ở 4 °C qua đêm.
6) Dùng pipet Pasteur hút hết SM trên mặt thạch. Từ mỗi đĩa có thể thu 1011 pfu phage. Có thể thu được nhiều hơn nếu lấy cả top agar nhưng DNA này thường lẫn tạp chất khó thực hiện một số phản ứng như cắt bằng enzyme hạn chế.
3.2. Điều chế DNA
1) Thêm dung dịch NaCl 1M - PEG 6000 10% vào dịch phage dung khuẩn cho đến lượng 10%, làm cho hòa đều.
2) Để 1 giờ ở 0 °C.
3) Quay li tâm 5.000 v/ph ở 4 °C trong vòng 20 phút. Bỏ nước mặt.
4) Thêm vào cặn của 1 lít dịch phage dung khuẩn 5 ml dung dịch chứa Tris-HCl 20mM (pH 7,5) và MgSO4 10mM, sau đó thêm 50 µl DNase I (10 mg/ml), trộn đều.
5) Thêm 5 ml chloroform, trộn đảo đều.
6) Quay li tâm 8.000 v/ph trong 15 phút ở 15 ºC. Hút lấy nước mặt. Từ đây có thể vận dụng một số phương pháp tinh chế DNA. Dưới đây là biến thể có sử dụng máy li tâm siêu tốc (đương nhiên, có thể thay thế bằng các phương pháp khác điều chế DNA mô tả ở trên).
7) Cho vào ống li tâm siêu tốc bằng chất dẻo (như Hitachi 13 CN) ba lớp CsCl có nồng độ khác nhau: lớp dưới cùng 1,5 ml chứa 95 g CsCl trong 75 ml SM, lớp tiếp theo 2 ml chứa 67 g CsCl trong 82 ml SM và lớp thứ ba (trên cùng) 2 ml chứa 60 g CsCl trong 85 g SM. Tỷ trọng tương ứng là 1,45, 1,5 và 1,7). Cho 2 ml mẫu DNA phage lên trên lớp thứ ba.
40 T chẳng hạn).
9) Băng DNA hình thành giữa ống được thấy rõ khi soi dưới UV. Lấy kim và bơm tiêm hút lớp này.
10) Thẩm tích đối 1 lít dung dịch Tris 10mM (pH 7,5) và MgSO4 10mM trong 3 giờ.
11) Nếu tổng lượng là 1 ml thì cho vào đó 10 µl SDS 10%, 100 µl NaCl 5M, 500 µl phenol và 500 µl chloroform, trộn đảo từ từ trong 30 phút. 12) Li tâm 3.000 v/ph trong 10 phút. Lấy nước mặt.
13) Thêm 1 ml chloroform, trộn đảo nhẹ trong 30 phút. 14) Li tâm 5 phút 3.000 v/ph.
15) Thêm sodium acetate 3 M với lượng 10% so với mẫu và ethanol gấp hai lần mẫu, để lạnh trên nước đá 10 - 30 phút, quay li tâm thu cặn DNA. 16) Rửa cặn DNA bằng ethanol 70%, để khô.