Подходы к выделению и очистке нуклеиновых кислот из крови для генотипирования человеческого лейкоцитарного антигена
- Авторы: Баранов О.А.1, Байран Д.А.1, Маркин И.В.1, Щелканова Е.С.1, Журбин Е.А.1
-
Учреждения:
- Военный инновационный технополис «ЭРА»
- Выпуск: Том 24, № 1 (2022)
- Страницы: 111-124
- Раздел: Научные обзоры
- URL: https://journals.rcsi.science/1682-7392/article/view/75680
- DOI: https://doi.org/10.17816/brmma75680
- ID: 75680
Цитировать
Аннотация
Гистосовместимость донора и реципиента обусловлена наличием на мембране клеток главного белкового комплекса гистосовместимости и является ключевым условием успешной трансплантации клеток, тканей и органов. Для определения гистосовместимости проводят генотипирование человеческого лейкоцитарного антигена, точность которого значительно зависит от качества и количества полученных из биоматериала нуклеиновых кислот. В лабораторной практике наиболее чистую и интактную дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновую кислоты извлекают из крови, однако выбор доступной, эффективной и в то же время экономически оправданной методики их получения по-прежнему остается трудной задачей. Рассмотрены методики выделения и очистки нуклеиновых кислот из крови: органическая экстракция, высаливание, с помощью спин-колонок и магнитных частиц («бидов»), сопоставлены преимущества и недостатки, показатели их эффективности, практичности и стоимости. Обоснован выбор периферической крови в качестве источника генетического материала для генотипирования человеческого лейкоцитарного антигена. Проанализированы экспериментальные данные, сравнивающие соотношение «цена — качество» коммерческих протоколов извлечения дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот из крови. Оценены перспективы модификации методик выделения и очистки нуклеиновых кислот из биоматериала для секвенирования генов человеческого лейкоцитарного антигена I и II классов с целью повышения эффективности оказания высокотехнологичной помощи. В целом потребность в доступных, недорогих и эффективных протоколах извлечения дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот из минимальных объемов биоматериала стимулирует оптимизацию и модификацию уже существующих протоколов и создание новых методик на новых физико-химических принципах.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Олег Александрович Баранов
Военный инновационный технополис «ЭРА»
Email: repit13254@gmail.com
старший оператор
Россия, АнапаДмитрий Алексеевич Байран
Военный инновационный технополис «ЭРА»
Email: dima.bayran@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5527-5560
старший оператор
Россия, АнапаИлья Владимирович Маркин
Военный инновационный технополис «ЭРА»
Автор, ответственный за переписку.
Email: ilya.markin.92@bk.ru
SPIN-код: 6021-7645
кандидат технических наук
Россия, АнапаЕлена Сергеевна Щелканова
Военный инновационный технополис «ЭРА»
Email: schelkanova_el@mail.ru
SPIN-код: 8396-0602
кандидат биологических наук
Россия, АнапаЕвгений Александрович Журбин
Военный инновационный технополис «ЭРА»
Email: zhurbin-90@mail.ru
SPIN-код: 8426-1354
кандидат медицинских наук
Россия, АнапаСписок литературы
- Williams R., Opelz G., Weil E., et al. The risk of transplant failure with HLA mismatch in recent times // Transplantation. 2016. Vol. 100. No. 9. P. e52–e53. doi: 10.1097/tp.0000000000001365
- Ochoa-Dıaz M.M., Daza-Giovannetty S., Gómez-Camargo D. Bacterial genotyping methods: from the basics to modern. Host-Pathogen Interactions // Humana Press. 2018. P. 13–20. doi: 10.1007/978-1-4939-7604-1_2
- Westhoff C.M. Blood group genotyping // Blood. 2019. Vol. 133. No. 17. P. 1814–1820. doi: 10.1182/blood-2018-11-833954
- Jackson S.E., Chester J.D. Personalised cancer medicine // Int J Cancer. 2014. Vol. 137. No. 2. P. 262–266. doi: 10.1002/ijc.28940
- Shendure J., Findlay G.M., Snyder M.W. Genomic Medicine-Progress, Pitfalls, and Promise // Cell. 2019. Vol. 177. No. 1. P. 45–57. doi: 10.1016/j.cell.2019.02.003
- Osoegawa K., Vayntrub T.A., Wenda S., et al. Quality control project of NGS HLA genotyping for the 17th International HLA and Immunogenetics Workshop // Hum Immunol. 2019. Vol. 80. No. 4. P. 228–236. doi: 10.1016/j.humimm.2019.01.009
- Madden K., Chabot-Richards D. HLA testing in the molecular diagnostic laboratory // Virchows Archiv. 2018. Vol. 474. No. 2. P. 139–147. doi: 10.1007/s00428-018-2501-3
- Gupta N. DNA extraction and polymerase chain reaction // J Cytol. 2019. Vol. 36. No. 2. P. 116–117. doi: 10.4103/joc.joc_110_18
- Shehadul Islam M., Aryasomayajula A., Selvaganapathy P.R. A Review on Macroscale and Microscale Cell Lysis Methods // Micromachines (Basel). 2017. Vol. 8. No. 3. P. 83. doi: 10.3390/mi8030083
- Mullegama S.V., Alberti M.O., Au C., et al. Nucleic Acid Extraction from Human Biological Samples // Biobanking: Methods and Protocols. 2018. P. 359–383. doi: 10.1007/978-1-4939-8935-5_30
- Tan S.C., Yiap B.C. DNA, RNA, and Protein Extraction: The Past and The Present // J Biomed Biotechnol. 2009. Vol. 2009. P. 1–10. doi: 10.1155/2009/574398
- Greathouse K.L., Sinha R, Vogtmann E. DNA extraction for human microbiome studies: the issue of standardization // Genome Biol. 2019. Vol. 20. ID 212. doi: 10.1186/s13059-019-1843-8
- Singer V.L., Jones L.J., Yue S.T., Haugland R.P. Characterization of PicoGreen Reagent and Development of a Fluorescence-Based Solution Assay for Double-Stranded DNA Quantitation // Anal Biochem. 1997. Vol. 249. No. 2. P. 228–238. doi: 10.1006/abio.1997.2177
- Georgiou C.D., Papapostolou I. Assay for the quantification of intact/fragmented genomic DNA // Anal Biochem. 2006. Vol. 358. No. 2. P. 247–256. doi: 10.1016/j.ab.2006.07.035
- Sambrook J. Molecular cloning: a laboratory manual. NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.
- Buckingham L. Molecular Diagnostics. 3 edition. Philadelphia: F.A. Davis Company, 2019. 576 p.
- Chomczynski P., Mackey K., Drews R., Wilfinger W. DNAzol®: A Reagent for the Rapid Isolation of Genomic DNA // Biotechniques. 1997. Vol. 22. No. 3. P. 550–553. doi: 10.2144/97223pf01
- Chomczynski P., Sacchi N. Single-Step Method of RNA Isolation by Acid Guanidinium Thiocyanate-Phenol-Chloroform Extraction // Anal Biochem. 1987. Vol. 162. No. 1. P. 156–159. doi: 10.1006/abio.1987.9999
- Simms D., Cizdziel P., Chomczynski P., et al. TRIzol: A new reagent for optimal single-step isolation of RNA // Focus. 1993. Vol. 15. No. 4. P. 532–535.
- Chomczynski P., Sacchi N. The single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate–phenol–chloroform extraction: twenty-something years on // Nat Protoc. 2006. Vol. 1. No. 2. P. 581–585. doi: 10.1038/nprot.2006.83
- Miller S.A., Dykes D.D., Polesky H.F. A simple salting out procedure for extracting DNA from human nucleated cells // Nucleic Acids Res. 1988. Vol. 16. No. 3. P. 1215–1215. doi: 10.1093/nar/16.3.1215
- Aljanabi S.M., Martinez I. Universal and rapid salt-extraction of high quality genomic DNA for PCR- based techniques // Nucleic Acids Res. 1997. Vol. 25. No. 22. P. 4692–4693. doi: 10.1093/nar/25.22.4692
- Suguna S., Nandal D., Kamble S., et al. Genomic DNA isolation from human whole blood samples by non-enzymatic salting out method // Int J pharm sci. 2014. Vol. 6. No. 6. P. 198–199.
- Moradi M., Yari K., Khodarahmi R. A novel, efficient, fast and inexpensive DNA extraction protocol from whole blood applicable for studying drug-DNA interaction // J Rep Pharm Sci. 2014. Vol. 3. No. 1. P. 80–84.
- Padhye V.V., York C., Burkiewicz A. Nucleic acid purification on silica gel and glass mixtures. United States patent US 5658548. 1997 Aug 19.
- Kojima K., Ozawa S. Method for isolating and purifying nucleic acids. United States patent US 6905825. 2005.
- Woodard D.L., Howard A.J., Down J.A. Process for purifying DNA on hydrated silica. United States patent US 5342931. 1994 Aug 30.
- Gjerde D.T., Hoang L., Hornby D. RNA Purification and Analysis: Sample Preparation, Extraction, Chromatography // RNA Purification and Analysis. 2009. P. 1–16. doi: 10.1002/9783527627196
- Nargessi R.D. Magnetic isolation and purification of nucleic acids. United States patent US 6855499B1. 2005.
- Berensmeier S. Magnetic particles for the separation and purification of nucleic acids // Appl Microbiol Biotechnol. 2006. Vol. 73. No. 3. P. 495–504. doi: 10.1007/s00253-006-0675-0
- Barbosa C., Nogueira S., Gadanho M., Chaves S. DNA extraction: finding the most suitable method // Molecular Microbial Diagnostic Methods. 2016. P. 135–154. doi: 10.1016/b978-0-12-416999-9.00007-1
- Albretsen C., Kalland K.-H., Haukanes B.-I., et al. Applications of magnetic beads with covalently attached oligonucleotides in hybridization: Isolation and detection of specific measles virus mRNA from a crude cell lysate // Anal Biochem. 1990. Vol. 189. No. 1. P. 40–50. doi: 10.1016/0003-2697(90)90041-7
- Bosnes M., Breivold E., Jobert L., et al. Solid-phase in vitro transcription and mRNA purification using DynabeadsTM, superparamagnetic beads // 5th International mRNA Health Conference. 2017.
- Philibert R.A., Zadorozhnyaya O., Beach S.R.H., Brody G.H. Comparison of the genotyping results using DNA obtained from blood and saliva // Psychiatr Genet. 2008. Vol. 18. No. 6. P. 275–281. doi: 10.1097/ypg.0b013e3283060f81
- Godderis L., Schouteden C., Tabish A., et al. Global Methylation and Hydroxymethylation in DNA from Blood and Saliva in Healthy Volunteers // Biomed Res Int. 2015. Vol. 2015. ID 845041. doi: 10.1155/2015/845041
- Elliott P., Peakman T. The UK Biobank sample handling and storage protocol for the collection, processing and archiving of human blood and urine // Int J Epidemiol. 2008. Vol. 37. No. 2. P. 234–244. doi: 10.1093/ije/dym276
- Chacon-Cortes D., Haupt L.M., Lea R.A., Griffiths L.R. Comparison of genomic DNA extraction techniques from whole blood samples: a time, cost and quality evaluation study // Mol Biol Rep. 2012. Vol. 39. No. 5. P. 5961–5966. doi: 10.1007/s11033-011-1408-8
- Ghaheri M., Kahrizi D., Yari K., et al. A comparative evaluation of four DNA extraction protocols from whole blood sample // Cell Mol Biol. 2016. Vol. 62. No. 3. P. 120–124.
- Koshy L., Anju A.L., Harikrishnan S., et al. Evaluating genomic DNA extraction methods from human whole blood using endpoint and real-time PCR assays // Mol Biol Rep. 2016. Vol. 44. No. 1. P. 97–108. doi: 10.1007/s11033-016-4085-9
- Sakyi S.A., Kumi B., Ephraim R.K.D., et al. Modified DNA extraction technique for use in resource-limited settings: comparison of salting out methods versus QIAamp blood mini kit // Annals of Medical and Health Sciences Research. 2017. Vol. 7. No. 3. P. 131–136.
- Psifidi A., Dovas C.I., Bramis G., et al. Comparison of Eleven Methods for Genomic DNA Extraction Suitable for Large-Scale Whole-Genome Genotyping and Long-Term DNA Banking Using Blood Samples // PLoS One. 2015. Vol. 10. No. 1. ID e0115960. doi: 10.1371/journal.pone.0115960
- Metzker M.L. Sequencing technologies – the next generation // Nat Rev Genet. 2009. Vol. 11. No. 1. P. 31–46. doi: 10.1038/nrg2626
- Zeng X., Elwick K., Mayes C., et al. Assessment of impact of DNA extraction methods on analysis of human remain samples on massively parallel sequencing success // Int J Legal Med. 2018. Vol. 133. No. 1. P. 51–58. doi: 10.1007/s00414-018-1955-9
- Rodríguez A., Duyvejonck H., Van Belleghem J.D., et al. Comparison of procedures for RNA-extraction from peripheral blood mononuclear cells // PLoS One. 2020. Vol. 15. No. 2. ID e0229423. doi: 10.1371/journal.pone.0229423
- Richards J., Unger E.R., Rajeevan M.S. Simultaneous extraction of mRNA and microRNA from whole blood stabilized in tempus tubes // BMC Res Notes. 2019. Vol. 12. No. 1. ID 39. doi: 10.1186/s13104-019-4087-5
- Kim J.-H., Jin H.-O., Park J.-A., et al. Comparison of three different kits for extraction of high-quality RNA from frozen blood // Springerplus. 2014. Vol. 3. No. 1. ID 76. doi: 10.1186/2193-1801-3-76
- Aarem J., Brunborg G., Aas K.K., et al. Comparison of blood RNA isolation methods from samples stabilized in Tempus tubes and stored at a large human biobank // BMC Res Notes. 2016. Vol. 9. No. 1. ID 430. doi: 10.1186/s13104-016-2224-y
- Schwochow D., Serieys L.E.K., Wayne R.K., Thalmann O. Efficient recovery of whole blood RNA – a comparison of commercial RNA extraction protocols for high-throughput applications in wildlife species // BMC Biotechnol. 2012. Vol. 12, No. 1. ID 33. doi: 10.1186/1472-6750-12-33
- Fleige S., Pfaffl M.W. RNA integrity and the effect on the real-time qRT-PCR performance // Mol Aspects Med. 2006. Vol. 27. No. 2-3. P. 126–139. doi: 10.1016/j.mam.2005.12.003
- Fleige S., Walf V., Huch S., et al. Comparison of relative mRNA quantification models and the impact of RNA integrity in quantitative real-time RT-PCR // Biotechnol Lett. 2006. Vol. 28. No. 19. P. 1601–1613. doi: 10.1007/s10529-006-9127-2