DNA提取实验中细胞裂解和DNA提取纯化的几种方法介绍

脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，DNA）是核酸的一种，是所有生物的遗传物质基础。生物体亲子之间的相似性和继承性即所谓的遗传信息，都贮存在DNA分子中。核酸的提取是任何分子生物学研究的起点，因此被认为是一个至关重要的过程。自1869年弗里德里希·米歇尔首次进行DNA提取以来，科学家们在设计更可靠、更容易、更快速、更经济、产量更高的提取方法方面取得了非凡的进步，因此也拓展出了各种原理不同的DNA提取方法。本期小爱给大家带来的就是DNA的不同提取方法介绍。
 

DNA的质量是进行下一步实验的关键，DNA提取的原则主要是：保证DNA结构的完整性和纯度，应满足以下几点：

DNA的提取过程可以简单的分为细胞裂解和DNA提取纯化两大步骤，裂解是破坏样品细胞结构，从而使样品中的DNA游离在裂解体系中的过程，提取纯化则是使DNA与裂解体系中的其它成分，如蛋白质、盐及其它杂质彻底分离的过程。
 

一 、细胞裂解方法

对于基因组DNA提取，细胞裂解的方法主要有物理机械法和化学法。

表1 基因组DNA裂解方法

以上几种细胞破碎方法均可相互结合使用，使细胞破碎完全、让核酸复合物暴露出来，有利于接下来的核酸提取与纯化步骤。目前市面上裂解液中都含有去垢剂（如SDS、Triton X-100、NP-40、Tween 20等）、盐溶液（如Tris、EDTA、NaCl等），有的也可能会加入蛋白酶。去垢剂的主要作用是：使蛋白质变性；破坏膜结构；去除与核酸相互作用的蛋白质。盐溶液的作用主要是提供合适的裂解环境，如Tris、抑制核酸酶对核酸的降解，如EDTA、维持核酸结构稳定，如NaCl。蛋白酶的作用是利用蛋白酶将蛋白质消化成小的片段，促进DNA与蛋白质的分离，同时，也便于后续的纯化操作。简单介绍主流的细胞裂解方法：
 

SDS法（十二烷基硫酸钠）是一种阴离子去垢剂，高温（55-60℃）裂解细胞，使蛋白变性，染色体离析，在高盐环境下或降低温度后蛋白、多糖等结合形成的复合物沉淀，释放核酸。适用于动物组织、细胞、血液DNA的裂解提取。
 

CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）是一种阳离子去垢剂，可以溶解细胞膜，与核酸结合形成在高盐环境下可溶的复合物。此类方法特别适合裂解植物样本进行DNA的提取。
 

二 、DNA提取纯化方法
 

沉淀法是比较经典的核酸提取纯化方法，主要有两种：苯酚/氯仿有机溶剂萃取法和盐析沉淀法。苯酚/氯仿有机溶剂萃取法主要先利用酚氯仿对裂解体系进行反复抽提以去除蛋白质，实现DNA与蛋白质的分离，再用醇将DNA沉淀下来，实现核酸与盐的分离。此种方法操作时间较长，且有机溶剂对人体有害。盐析沉淀法是苯酚/氯仿萃取法的第二代改良方法，原理两者基本相同，但盐析沉淀法操作简单，经济成本低，生物安全性更高。

离心柱法主要采用特殊硅基质吸附材料，利用基因组DNA在高盐状态下选择性吸附于离心柱内硅基质膜,再通过一系列快速的漂洗、离心等步骤去除细胞代谢物、蛋白等杂质,最后低盐的洗脱缓冲液将纯净基因组DNA从硅基质膜上洗脱，通常能在几分钟之内即可高效回收核酸片段。因离心柱法获得DNA的纯度高、产量高，而且能进行微量操作，被广大科研工作者所接受。

图2 离心柱法提取DNA操作流程

磁珠法主要是利用DNA在磁珠反应体系中会由线性压缩成球状，暴露出核酸骨架上大量的负电基团与反应体系中的阳离子连接，在磁珠最外层负电基团的作用下，形成“阴离子-阳离子-阴离子”的盐桥结构，使DNA分子被特异性地吸附到磁珠表面。而当反应缓冲液被弃除后，加入水性分子，会快速充分水化DNA分子，解除三者之间的离子相互作用，使吸附到磁珠上的DNA被纯化出来。
 

图2 磁珠提取纯化DNA原理

表2 不同DNA提取纯化方法对比