DNA提取指南：掌握7种样本类型

高效的DNA提取是全球分子生物学研究、诊断和法医学应用的基石。无论您是在临床实验室处理血液样本、在农业研究中分析植物组织，还是在癌症研究中使用FFPE样本，每种样本类型都面临独特的挑战，需要采用专业的方法加以应对。

在本指南中，我们将探讨DNA纯化的重要性，并重点介绍满足生物技术领域研究人员多样化需求的先进解决方案。

为什么DNA提取质量很重要？

DNA分析是众多科学应用的基石，包括：

• 遗传研究探索涉及人类基因组绘图、基因克隆和功能基因组学
• 未来临床诊断的发展涵盖疾病研究中的发现、病原体发现、个性化医学的开发
• 法医分析包括DNA鉴定和亲子鉴定
• 药物研发涵盖基因治疗和重组蛋白生产领域
• 农业生物技术的发展在基因工程和标记辅助选择中
• 环境生物技术的探索结合生物多样性研究与生物修复

如果没有高质量的提取，这些应用都无法实现。

DNA提取流程一览

有几种分离DNA的方法，包括有机分离、通过过滤或沉淀进行分离，以及利用磁珠来源进行分离。所有方法都遵循标准的操作顺序：

1. 细胞裂解
2. 结合或沉淀
3. 对结合或沉淀的DNA进行洗涤
4. 洗脱或重悬于工作缓冲液中以供后续使用

不同样本类型的DNA提取挑战

不同类型的样本在DNA提取过程中会面临特定的挑战，这些挑战还受到样本体积、DNA分子大小以及下游分析所需目标浓度等变量的影响。

例如，血液样本中含有可能影响后续流程的抑制剂；植物组织具有坚硬的细胞壁，增加了细胞裂解的难度；组织样本常常存在DNA降解的问题，而微生物样本则拥有坚固的细胞壁，对标准提取方法有较强抵抗力。

每种样本类型——如血液、组织、细胞培养物、植物材料和微生物样本——都需要采用专门的方法，以确保高效且高质量地提取DNA。

理解这些与具体样本相关的挑战，并采取合适的提取策略，对于在分子生物学工作流程中获得可靠结果至关重要。本指南将探讨各种样本类型所面临的独特问题，并提供切实可行的解决方案，以克服这些障碍，从而确保成功实现DNA分离及后续分析。

血液及体液样本

血液、唾液、尿液及其他体液样本通常含有如血红素或黏蛋白等抑制剂，这些成分可能阻碍测序和PCR等下游分子应用。

为了从这些类型的样本中提取DNA，需要考虑加热和混匀等操作步骤，这些步骤有助于实现强力但集中的裂解和消化，从而破坏细胞结构而不损伤DNA。

对于移植诊断（如人类白细胞抗原[HLA]基因鉴定）或下一代测序（NGS）等应用来说，保持样品分析的一致性和足够体积非常关键。磁珠法工作流程可以帮助提高样品通量和均一性，从而获得高质量的基因组DNA结果。

组织样本

裂解效率取决于样品中不同、组织特异性的细胞结构，如肝脏、肌肉、心脏、大脑及其他组织。组织通常具有纤维性且坚韧，细胞壁刚性，需要通过均质化或珠磨进行机械破碎。

均质器，例如Fisherbrand™ 850 均质器，通常比珠磨方法获得更高的DNA产量。如果没有手动均质器，研究人员可以选择谨慎的珠磨——粗糙的上清液混合可能会导致产生泡沫状的均质液，这可能难以转移到样品分离步骤中。加入RNase处理也有助于减少样品中的RNA污染。

加入RNase处理也有助于减少样品中的RNA污染。下图展示了使用MagMAX DNA Multi-Sample Ultra 2.0试剂和Applied Biosystems™ MagMAX™细胞与组织DNA提取缓冲液，在KingFisher仪器上对小鼠脑、心脏、肾脏、肝脏、肺、胰腺、脾和胸腺组织进行分离时，在有无RNase A处理情况下获得的DNA产量比较。

一般来说，投入提取的组织越多，产量也会越高。图4详细展示了不同样本输入量下分离的小鼠肝组织及其总产量。典型的质量吸光比A260/A280平均通常大于或等于1.6。

细胞培养

在从细胞培养物中分离DNA时，需要监控细胞活性、浓度，并在扩增过程中保持最佳密度。对于T细胞，尤其要仔细控制培养条件并定期进行质量检查。

使用如Gibco™ CTS™ OpTmizer™ T Cell Expansion SFM和Invitrogen™ Dynabeads™ Human T-Activator CD3/CD28等专用试剂，有助于优化您的流程。Countess II FL自动细胞计数仪等工具可有效监控您的培养物，以实现可靠的DNA分离。

有关细胞扩增期间质量控制的更多详情，请参阅应用说明“T细胞扩增过程中的细胞培养质量控制”。

口腔拭子或干拭子

口腔拭子和干拭子具有挑战性，因为储存过程中常常发生细菌生长。口腔微生物组、皮肤以及其他样本来源含有大量细菌和污染物，因此正确的干燥、储存和提取流程至关重要。

磁珠法配合优化的化学试剂能够有效地靶向基因组和微生物DNA，同时去除样本特异性抑制剂（见图5）。即使拥有优良的化学反应体系，您仍应遵循口腔拭子分离的最佳实践（见图6）。

建议在一次分离中使用两根拭子，以提高产量。延长裂解阶段也能提升回收率。

含介质的样本（粪便、拭子、唾液）

稳定剂介质有助于通过防止环境因素、细菌生长和抑制剂导致的降解来保护样本完整性。这些介质可延长存储货架期并提升实验一致性。对于唾液样本，稳定化采集装置能有效保存用于GWAS研究的基因组标记如APOE。研究表明，与原始唾液样本相比，这些装置在存储期间能减少细菌DNA含量。

当您将粪便、唾液和拭子等样本稀释到稳定剂介质中时，通常会获得比非稳定材料小体积更低的DNA产量。因此，请为您的样本输入预留灵活空间，以便调整体积以满足下游检测对DNA产量的需求。

植物样本

从植物中分离DNA具有挑战性，因为它们坚硬的细胞壁以及多糖和多酚等次级代谢产物会污染DNA并干扰后续应用。

你可以选择专用试剂盒，如Thermo Scientific™ GeneJET™植物基因组DNA纯化试剂盒（14）或Thermo Scientific™ MagMAX™植物DNA分离试剂盒（15），这些试剂盒含有PVP以减少多酚抑制。你还可以通过将PVP技术应用于胍盐溶液，调整植物工作流程以实现自动化，正如网络研讨会“树木疾病研究实验室中的高通量自动化——一名分子技术员的探索之旅”所展示的那样。

福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本

FFPE样本是最具挑战性的DNA分离对象之一，因为甲醛固定和石蜡包埋需要在获取核酸之前进行脱蜡和去石蜡步骤。传统方法采用多次二甲苯和乙醇洗涤，对环境有害且操作繁琐。可以考虑自动化替代方案，如Applied Biosystems™ AutoLys M管和盖用于去石蜡，并结合Applied Biosystems™ MagMAX™ FFPE DNA/RNA分离试剂。这些方法采用加热步骤和蛋白酶消化，取代有害化学品，大大简化了你的工作流程。

通过自动化将不同工作流程简化为单一解决方案

您可以考虑在不同样本类型之间优化工作流程，以节省时间和资源。

对于手工操作，当您需要从单一样本中提取RNA、DNA和蛋白质时，可考虑使用TRI Reagent®。对于自动化流程，可采用如MagMAX DNA Multi-Sample Ultra 2.0等磁珠法试剂盒，通过单一KingFisher协议处理全血、骨髓和唾液等样本。顺序分离试剂盒，如Applied Biosystems™ MagMAX Sequential DNA/RNA Kit，可让您从一个样本中同时提取DNA和RNA。同时也要考虑不同样本类型的制备差异——原始粪便样本需要机械匀浆以释放细胞，而保存于培养基中的粪拭子用于微生物DNA鉴定时可能不需要此步骤。类似的优化也可应用于尿液、全血、唾液及其他样本类型。

摘要

面对众多DNA提取方案，了解关键变量将有助于您为特定应用选择合适的方法。请参考以下因素，以指导您的决策，并支持涉及DNA提取作为初始步骤的各类研究工作流程。

• 样本体积输入量
• 对样本浓度/产量的要求
• 样本类型
• 样品通量需求
• 目标分析物
• 下游应用
• 对流程简化能力的需求

更多DNA提取学习与资源

• 探索：基因组DNA提取与分离
• 学习： DNA和RNA提取与纯化
• 学习： 离心柱提取法

实验方案和应用说明

• 操作规程： 使用DNAzol试剂提取DNA
• 应用说明： 无需珠磨处理从粪便和直肠拭子样本中靶向肠道微生物
• 应用说明：不同样本类型间遗传变异一致性分析
• 技术说明： RNA、DNA 和蛋白质来自同一样本
• 应用说明：一种便捷、无溶剂的FFPE样本脱蜡方法
• 海报： 口腔拭子储存条件对宿主和微生物核酸稳定性及质量的影响 
• 应用说明： T细胞扩增过程中的细胞培养质量控制
• 应用说明：用于外周血的人类白细胞抗原检测的多功能解决方案
• 应用说明：使用Axiom人类基因分型芯片对唾液采集设备的比较研究
• 应用说明： 推进血液学研究：MagMAX 顺序 DNA/RNA 试剂盒 

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