DE102007016707A1 - Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen - Google Patents

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DE102007016707A1
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Anja Dr. Schultz
Claudia Fritz
Claudia Dienemann
Andreas Dr. Schäfer
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe, aufweisend die folgenden Schritte: a) Anordnen eines Reaktionsgefäßes mit einer Bindungsmatrix in einer Zentrifuge, wobei vor bzw. nach diesem Schritt eine Lösung bzw. Suspension aus einer Biomoleküle enthaltenden Probe in dem Reaktionsgefäß hergestellt bzw. in das Reaktionsgefäß eingefüllt wird; sowie b) Einlegen mindestens eines mehrstufigen Zentrifugationsschritts, bestehend aus mindestens einem ersten Zentrifugationsschritt bei einem ersten Beschleunigungswert und mindestens einem zweiten Zentrifugationsschritt bei einem zweiten Beschleunigungswert, der höher ist als der erste Beschleunigungswert; wobei c) es sich bei Schritt b) um einen Bindeschritt, einen Waschschritt und/oder einen Elutionsschritt handeln kann.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen, insbesondere von Nukleinsäuren wie DNA- und RNA-Molekülen.
  • Technischer Hintergrund
  • Die Aufreinigung und Analyse von Biomolekülen aus biologischen Proben spielt eine immer größere Rolle in der biomedizinischen Grundlagenforschung, der klinischen Forschung und Diagnostik, der forensischen Analytik, der Populationsgenetischen Forschung, der epidemiologischen Analytik und diesen verwandten Fachgebieten. Dies betrifft insbesondere Nukleinsäuren wie DNA- und RNA-Moleküle, aber auch Aminosäuren, Oligopeptide, Polypeptide, Monosaccharide, Oligosaccharide, Polysaccharide, Fette, Fettsäuren und/oder Lipide.
  • Die Biologie hat in den letzen zwanzig Jahren hierfür ein umfassendes molekularbiologisches Instrumentarium entwickelt. Daher ist für die Zukunft mit einer noch stärkeren Verbreitung von molekularbiologischen Analysen zu rechnen, z. B. in der medizinischen und klinischen Diagnostik, in der Forensik, in der Pharmazie bei der Entwicklung und Evaluierung von Arzneimitteln, in der Lebensmittelanalytik sowie bei der Überwachung der Lebensmittelherstellung, in der Agrarwirtschaft bei der Züchtung von Nutzpflanzen und Nutztieren sowie in der Umweltanalytik und in vielen Forschungsgebieten.
  • Durch die Analyse des Transkriptoms, also der mRNA in Zellen, lassen sich die Aktivitäten von Genen direkt bestimmen. Die quantitative Analyse von Transkriptmustern (mRNA-Mustern) in Zellen durch moderne molekularbiologische Methoden, wie z. B. Echtzeit-Reverse-Transkriptase-PCR ("Real time RT PCR") oder Genexpressions-Chip-Analysen ermöglicht z. B. die Erkennung fehlerhaft exprimierter Gene, wodurch z. B. Stoffwechselkrankheiten, Infektionen oder eine etwaige Prädisposition für eine Krebserkrankung erkannt werden können.
  • Die Analyse des Genoms, also der Gesamtheit der zellulären DNA, durch molekularbiologische Methoden, wie z. B. PCR, NASBA, RFLP, AFLP oder Sequenzierung ermöglicht z. B. den Nachweis genetischer Defekte oder die Bestimmung des HLA-Typs sowie anderer genetischer Marker. Überdies fallen DNA-Fingerprinting zur forensischen, populationsgenetischen oder lebensmittelrechtlichen Analyse unter diesen Oberbegriff. Die Analyse genomischer DNA und RNA wird auch zum direkten Nachweis von infektiösen Erregern, wie Viren, Bakterien usw. eingesetzt.
  • Die Analyse anderer Biomoleküle, wie z. B. Aminosäuren, Oligopeptide, Polypeptide, Monosaccharide, Oligosaccharide, Polysaccharide, Fette, Fettsäuren und/oder Lipide, kann z. B. Auskunft liefern über bestimmte physiologische Zustände, über Kontaminationen in Lebensmitteln, über den Gehalt bestimmter Nährstoffe und so weiter.
  • Voraussetzung all dieser Ansätze ist jedoch, dass die in einer Probe enthaltenen Biomoleküle, insbesondere Nukleinsäuren, isoliert bzw. aufgereinigt werden, um sie anschließend einem der beschriebenen nachgeordneten Verfahren zuzuführen.
  • Da die nachzuweisenden Biomoleküle häufig nur in sehr geringer Konzentration auftreten, ist eine effektive und ausbeutereiche Aufreinigung der in der Probe enthaltenen Biomoleküle von entscheidender Bedeutung.
  • Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen aus biologischen Proben. Häufig wird dabei ein Zentrifugationsschritt verwendet, in dessen Rahmen eine gelöste Probe in ein Zentrifugengefäß verbracht wird, welches eine Bindungsmatrix aufweist. Bei der Zentrifugation wird die Lösung durch die Matrix befördert und die aufzureinigenden Biomoleküle verbleiben in gebundener Form an der Matrix. Sie werden dann im weiteren Verlauf aus der Matrix eluiert und aufgefangen.
  • Ein diesem Prinzip folgendes Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren ist z. B. das sogenannte "Boom principle"-Verfahren, das in der EP389063 offenbart ist.
  • Hierbei wird eine Nukleinsäuren enthaltende Probe in Anwesenweit eines chaotropen Salzes in ein Gefäß mit einer Silikatmatrix gegeben. Anschließend wird das Gefäß zentrifugiert, oder es wird ein Vakuum angelegt. Dies führt dazu, dass die Nukleinsäuren an die Silikatmatrix binden, während alle anderen Bestandteile der Probe (insbesondere Zelltrümmer, Organelle, Proteine und dergleichen) die Silikatmatrix passieren und verworfen werden. Anschließend werden die gebundenen Nukleinsäuren mit einem geeigneten Agens eluiert und der weiteren Analyse zugeführt.
  • Die für die Bindung relevanten Mechansimen sind z. B. in Melzak et al. (1996), Driving Forces for DNA Adsorption to Silica in Perchlorate Solutions, Journal of Colloid and Interface Science 181 (2), 635–644, beschrieben.
  • Für dieses Verfahren werden häufig sogenannte "spin columns" verwendet. Dies sind Mikroreaktionsgefäße, die eine scheibenförmige Silikatmatrix aufweisen, nach unten hin offen sind, und in ein weiteres, unten geschlossenes Mikroreaktionsgefäß platziert werden. Die Nukleinsäuren enthaltende Probe wird zusammen mit einem chaotropen Salz in das Mikroreaktionsgefäß einpipettiert. Anschließend wird die Kombination beider Mikroreaktionsgefäße in eine Zentrifuge eingebracht und bei einem Beschleunigungswert von etwa 10000 × g zentrifugiert. Die Nukleinsäuren binden dabei an die Silikatmatrix, während alle anderen Bestandteile der Probe die Silikatmatrix passieren und in das zweite, unten geschlossene Mikroreaktionsgefäß überführt werden. Letzteres wird anschließend verworfen, während die gebundenen Nukleinsäuren mit einem geeigneten Agens eluiert und der weiteren Analyse zugeführt werden.
  • Solche und ähnliche Produkte werden u. A. von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung angeboten, aber auch von Wettbewerbern wie Promega, Ambion, Macherey und Nagel sowie Invitrogen.
  • Kritisch bei solchen Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen ist, dass die erzielten Ausbeuten in vielen Fällen nicht ausreichen. Es sind dies insbesondere Fälle, bei denen die Biomolekülmenge in der Probe so gering ist, dass mit den herkömmlichen Aufreinigungsmethoden die Ausbeute nicht ausreicht, um die Moleküle anschließend nachzuweisen. Bei solchen Proben handelt es sich z. B., um forensische Proben oder Proben, in denen die RNA eines schwach exprimierten Gens analysiert werden soll.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen, sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Verfahren so zu verbessern, dass die erzielten Biomolekülausbeuten erhöht werden, um so auch unter ungünstigen Umständen Biomoleküle, insbesondere Nukleinsäuren, aus einer Probe aufreinigen, und sie einer anschließenden Analyse zugänglich machen zu können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des vorgelegten Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an. Dabei ist zu beachten, dass die genannten Bereichsangaben durchweg einschließlich der jeweiligen Grenzwerte zu verstehen sind.
  • Demgemäss ist vorgesehen, ein Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe bereitzustellen, das die folgenden Schritte aufweist:
    • a) Anordnen eines Reaktionsgefäßes mit einer Bindungsmatrix in einer Zentrifuge, wobei vor bzw. nach diesem Schritt eine Lösung bzw. Suspension aus einer Biomoleküle enthaltenden Probe in dem Reaktionsgefäß hergestellt bzw. in das Reaktionsgefäß eingefüllt wird; sowie
    • b) Einlegen mindestens eines mehrstufigen Zentrifugationsschritts, bestehend aus mindestens einem ersten Zentrifugationsschritt bei einem ersten Beschleunigungswert und mindestens einem zweiten Zentrifugationsschrittes bei einem zweiten Beschleunigungswert, der höher ist als der erste Beschleunigungswert; wobei
    • c) es sich bei Schritt b) um einen Bindeschritt, einen Waschschritt und/oder einen Elutionsschritt handeln kann.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem mehrstufigen Schritt b) um einen Bindeschritt, bei welchem die Biomoleküle durch Zentrifugation an die Bindungsmatrix gebunden werden. In diesem Fall stellen sich erheblich verbesserte Biomolekül-Ausbeuten ein, wie in den Beispielen gezeigt ist. Ebenso bevorzugt kann es sich bei diesem Schritt aber auch um einen Waschschritt handeln.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ggf. weitere Zentrifugationsschritte vor dem ersten, zwischen dem ersten und dem zweiten oder nach dem zweiten Zentrifugationsschritt eingelegt werden.
  • In weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist überdies vorgesehen, dass das Verfahren mindestens einen Bindeschritt, einen Waschschritt und einen Elutionsschritt umfasst, die Durchweg mindestens einen ggf. mehrstufigen Zentrifugationsschritt umfassen.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei den Biomolekülen um Stoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Nukleinsäuren, Aminosäuren, Oligopeptide, Polypeptide, Monosaccharide, Oligosaccharide, Polysaccharide, Fette, Fettsäuren und/oder Lipide handelt.
  • Unter dem Begriff "Nukleinsäuren" werden im folgenden insbesondere RNA und DNA verstanden. Als DNA kommt hier insbesondere plasmidische, genomische, virale und mitochondriale DNA in Frage, während als RNA insbesondere mRNA, siRNA, miRNA, rRNA, snRNA, t-RNA, hnRNA und totalRNA in Frage kommt.
  • Grundsätzlich kann es sich bei den hier eingeführten Nukleinsäuren um jeden Typ von Polynukleotid handeln, der ein N-Glykosid oder C-Glykosid einer Purin- oder Pyrimidinbase darstellt. Die Nukleinsäure kann einzel-, doppel- oder mehrsträngig, linear, verzweigt oder zirkulär sein. Sie kann einem in einer Zelle vorkommenden Molekül entsprechen, wie etwa genomische DNA oder Boten-RNA (mRNA), oder in vitro erzeugt werden wie Komplementär-DNA (cDNA), Gegenstrang-RNA (aRNA), oder synthetische Nukleinsäuren. Die Nukleinsäure kann aus wenigen Nukleotiden oder auch aus vielen tausend Nukleotiden bestehen.
  • Unter dem Begriff "Reaktionsgefäß mit einer Bindungsmatrix" sollen im folgenden biochemische Trennprinzipien verstanden werden, bei denen in einem Reaktionsgefäß oder einer miniaturisierten Säule eine selektiv bestimmte Stoffe assoziierende Bindungsmatrix angeordnet ist.
  • Unter dem Begriff "Beschleunigungswert" wird im Folgenden die durch die Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge erzielte, auf das Zentrifugationsgut einwirkende Vielfache der Erdbeschleunigung bezeichnet. Diese wird mit der Größe g = 9.81 ms–2 gemessen. 1000 × g bezeichnet z. B. einen Beschleunigungswert, der dem 1000-fachen der Erdbeschleunigung gleicht. Der Beschleunigungswert wird auch als "Schleuderzahl" bezeichnet und entspricht nicht der Drehzahl der Zentrifuge, die in der Regel in Umdrehungen pro Minute (upm) bezeichnet wird. Der Beschleunigungswert wird konstruktiv durch den Zentrifugen-Trommeldurchmesser (Wirkdurchmesser) und die Drehzahl bestimmt.
  • Unter dem Begriff "Zentrifugationsschritt" wird im folgenden ein Verfahrensschritt verstanden, der sich durch eine definierbare Dauer und einen definierbaren Beschleunigungswert auszeichnet.
  • Diese Bindungsmatrix weist bevorzugt einen Anionentauscher, ein Silikatsubstrat, ein Kunststoffsubstrat, oder ein Chitosan enthaltendes Substrat auf.
  • Unter dem Begriff "Silikatsubstrat" soll im folgenden eine Membran, ein Pellet, eine Packung oder eine Scheibe aus porösem Silikat verstanden werden, die eine große innere Oberfläche aufweist und in dem Reaktionsgefäß so angeordnet ist, dass eine Lösung, die in das Reaktionsgefäß gegeben wird, bei Anlage eines Vakuums oder bei Zentrifugation durch die Membran, das Pellet, die Packung oder die Scheibe hindurchgetrieben wird, dergestalt, dass die in der Lösung befindlichen Bestandteile mit den Bestandteilen der Matrix in Kontakt treten. Bevorzugt handelt es sich bei dem Silikatsubstrat um eine Matrix aus Kieselgel. Ebenso kann das Silikatsubstrat aus gepressten Glasfasern oder Glaskugeln („microbeads") bestehen. Silikatsubstrate werden z. B. in den von der Anmelderin unter den Handelsmarken QIAprep und RNeasy vertriebenen Aufreinigungskits verwendet.
  • Anionentauscher sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Hier wird in der Regel ein Harz verwendet, das z. B. mit den negativ geladenen Phosphatresten des Nukleinsäure-Rückgrats wechselwirkt. Die Salzkonzentration und die pH-Werte der verwendeten Puffer bestimmen, ob die Nukleinsäure an das Harz bindet oder aus der Säule eluiert wird.
  • Solche Anionentauscher werden z. B. von der Anmelderin unter den Handelsmarkem QIAGEN Genomic-tip und Plasmid-tip vertrieben.
  • Chitosan ist erst in jüngerer Zeit als Bindungsagens für Biomoleküle ins Gespräch gekommen. Es handelt sich hierbei um ein Copolymer aus β-1,4-glykosidisch verknüpften N-Acetyl-Glucosaminresten und Glucosaminresten. Unter physiologischen Bedingungen trägt Chitosan positive Nettoladungen und ist daher in der Lage, viele negative geladene Biomoleküle, insbesondere Nukleinsäuren, Aminosäuren, Oligo- und Polypeptide, Fette und Fettsäuren, zu binden.
  • Weiterhin ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Bindungsmatrix ein Silikatsubstrat aufweist, und dass ferner die Biomoleküle enthaltende Probe vor der Zentrifugation mit mindestens einem chaotropen Salz vermischt wird. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für Nukleinsäuren. Das dabei zur Anwendung kommende Trennprinzip beruht auf dem bereits diskutierten "Boom principle"-Verfahren. Dabei wird eine Nukleinsäuren enthaltende Probe in Anwesenheit eines chaotropen Salzes in ein Gefäß mit einer Silikatmatrix gegeben. Anschließend wird das Gefäß zentrifugiert, oder es wird ein Vakuum angelegt. Dies führt dazu, dass die Nukleinsäuren an die Silikatmatrix binden, während alle anderen Bestandteile der Probe (insbesondere Zelltrümmer, Organelle, Proteine und dergleichen) die Silikatmatrix passieren und verworfen werden. Anschließend werden die gebundenen Nukleinsäuren mit einem geeigneten Agens eluiert und der weiteren Analyse zugeführt.
  • Bevorzugt sind bei dieser Ausgestaltung die folgenden Schritte vorgesehen:
    • a) Anordnen eines säulenartigen Reaktionsgefäßes mit einer Bindungsmatrix aufweisend ein Silikatsubstrat in einer Zentrifuge, wobei vor bzw. nach diesem Schritt eine Lösung bzw. Suspension aus einer Nukleinsäuren enthaltenden Probe und mindestens einem chaotropen Salz in dem Reaktionsgefäß hergestellt bzw. in das Reaktionsgefäß eingefüllt wird;
    • b) Einlegen eines ersten Zentrifugationsschrittes bei einem ersten Beschleunigungswert;
    • c) Einlegen eines zweiten Zentrifugationsschrittes bei einem zweiten Beschleunigungswert, der höher ist als der erste Beschleunigungswert;
    • d) ggf. Einlegen weiterer Zentrifugationsschritte zwischen Schritt c) und Schritt d) bzw. nach Schritt d);
    • e) ggf. Einlegen eines oder mehrerer Waschschritte; und
    • f) Elution der an das Silikatsubstrat gebundenen Nukleinsäuren mit einer Elustionslösung.
  • In dieser Ausgestaltung handelt es sich bei dem mehrschrittigen Zentrifugationsschritt um einen Bindungsschritt, bei welchem die Nukleinsäuren an die Silikatmatrix gebunden werden. Diese Ausgestaltung führt gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten, einschrittigen Verfahren mit Silikatmatrices enthaltenden "Spin columns" zu einer erheblich verbesserten Ausbeute an aufzureinigenden Nukleinsäuren. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Wasch- und/oder der Elutionsschritt im Sinne des obigen Protokolls mehrschrittig ausgelegt sind.
  • Der oder die Waschschritte erfolgen bevorzugt mit einem Waschpuffer. Dieser kann insbesondere Ethanol und/oder Aceton enthalten.
  • Bei der Elutionslösung zur Elution der an die Bindungsmatrix gebundenen Biomoleküle, insbesondere Nukleinsäuren, kann es sich z. B. um Wasser (einschließlich Aqua dest) oder eine niedrigmolare Lösung handeln. Hier kommt z. B. eine schwach konzentrierte Kochsalzlösung in Frage.
  • Das chaotrope Salz liegt bevorzugt bereits in Lösung vor. Alternativ kann die Nukleinsäuren enthaltende Probe in Lösung bzw. Suspension vorliegen und an schließend mit einem chaotropen Salz versetzt werden. Wiederum alternativ können Probe und chaotropes Salz als Feststoff vorliegen und gemeinsam in Lösung bzw. Suspension gebracht werden.
  • Unter dem Begriff „säulenartiges Reaktionsgefäß" soll im folgenden ein Gefäß verstanden werden, dass ggf. oben verschließbar und ggf. unten offen ist. Das Reaktionsgefäß weist oben beschriebene Silikatmatrix auf. Ein typisches Beispiel für ein Reaktionsgefäß im obigen Sinne sind die sogenannten „spin columns", wie sie z. B. von der Anmelderin hergestellt und vertrieben werden. Die Reaktionsgefäße können bevorzugt so ausgestaltet sein, dass sie passgenau in einem handelsüblichen, etwas größeren Reaktionsgefäß, wie es z. B. von der Firma Eppendorf vertrieben wird, angeordnet werden können. In diesem Fall dient das größere Reaktionsgefäß als Auffanggefäß für die die Bindungsmatrix passierende Flüssigkeit.
  • Den genannten erfindungsgemäßen Verfahren ist gemein, dass durch die erstmalige Kombination aus einem Zentrifugationsschritt bei niedrigem Beschleunigungswert und einem Zentrifugationsschritt bei hohem Beschleunigungswert die Ausbeute bei der Biomolekülaufreinigung um bis zu 20% erhöht wird, wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben (siehe Beispiele). Hierdurch werden analytische Untersuchungen erheblich erleichtert und in vielen Fällen sogar erst ermöglicht; es sind dies Fälle, bei denen z. B. die Nukleinsäuremenge in der Probe so gering ist, dass mit den herkömmlichen Aufreinigungsmethoden die Ausbeute nicht ausreicht, um die Nukleinsäuren zu amplifizieren und/oder nachzuweisen.
  • Die erwähnten Verbesserungen der Ausbeute sind überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar gewesen. Angesichts der Tatsache, dass "column spin"-Verfahren bislang durchweg bei einem einzigen Beschleunigungswert durchgeführt werden, erscheint ein zweischrittiges Zentrifugationsverfahren bei oberflächlicher Betrachtung als sehr unattraktiv, weil dies eine längere Zeit in Anspruch nimmt als ein einschrittiges Zentrifugationsverfahren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer handelsüblichen, manuell bedienbaren Tischzentrifuge durchgeführt werden, wie sie z. B. von dem Laborgerätehersteller Eppendorf hergestellt wird und in jedem biowissenschaftlich arbeitenden Labor vorhanden ist. In diesem Fall wird das Zentrifugationsprotokoll mit mindestens zwei Zentrifugationsschritten bei unterschiedlichen Beschleunigungswerten „von Hand" absolviert, d. h. für das Einlegen der unterschiedlichen Zentrifugationsschritte ist ein Benutzereingriff erforderlich.
  • Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einer automatischen und/oder programmierbaren Zentrifuge durchgeführt wird. Hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Zentrifuge bereits ein oder mehrere intern gespeicherte Zentrifugationsprotokolle mit mindestens zwei Zentrifugationsschritten bei unterschiedlichen Beschleunigungswerten aufweist. Eine solche Zentrifuge fällt ausdrücklich unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei der biologischen Probe um ein Material ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Probenmaterial, Plasma, Körperflüssigkeiten, Blut, Serum, Zellen, Leukozytenfraktionen, Crusta Phlogistica, Sputum, Urin, Sperma, Faeces, forensische Proben, Abstriche, Punktate, Biopsien, Gewebeproben, Gewebeteile und Organe, Lebensmittelproben, Umweltproben, Pflanzen und Pflanzenteile, Bakterien, Viren, Viroide, Prionen, Hefen und Pilze, sowie Fragmente oder Bestandteile der vorgenannten Materialien, und/oder isolierte, synthetische bzw. modifizierte Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate, Stoffwechselprodukte und/oder Metaboliten.
  • Zur anschließenden Analyse der Nukleinsäuren in der oder aus der biologischen Probe können dabei alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Analyseverfahren eingesetzt werden, vorzugsweise Verfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Lichtmikroskopie, die Elektronenmikroskopie, die konfo kale Laserscanningmikroskopie, die Laser-Micro-Dissection, Scanningelektro nenmikroskopie, das Western-Blotting, den Southern-Blotting, den Enzymelinked Immonosorbent-Assay (ELISA), die Immunpräzipitation, die Affinitätschromatographie, die Mutationsanalyse, die Polyacrylamidgelelektrophorese (PAGE), insbesondere die zweidimensionale PAGE, die HPLC, die Polymerasekettenreaktion (PCR), die RFLP-Analyse (Restriction Fragment Length Polymorphism-Analyse), die SAGE-Analyse (Serial Analysis of Gen Expression), die FPLC-Analyse (Fast Protein Liquid Chromatography), die Massenspektrometrie, beispielsweise die MALDI-TOFF-Massenspektrometrie oder die SELDI-Massenspektrometrie, die Microarray-Analyse, die LiquiChip-Analyse, die Analyse der Aktivität von Enzymen, HLA-Typing, Sequenzierung, WGA („Whole Genome Amplification"), RT-PCR, Real-Time-PCR bzw -RT-PCR, RNase-Protection-Analyse oder Primer-Extension-Analyse.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass dem Verfahren ein Schritt zur Lyse von Biomoleküle enthaltenden Zellen oder Geweben vorausgeht.
  • Bei diesem Lyseschritt kann es sich z. B. um eine physikalische oder eine chemische Lyse handeln. Als physikalische Lyseverfahren kommen insbesondere die Verwendung von Ultraschall, ein sukzessives Einfrieren und Auftauen ("freeze/thaw"), die Verwendung von rotierenden Messern, die Verwendung von oszillierenden Microbeads, die Einwirkung eines hypotonischen Schocks, das sogenannte "French Press-Verfahren" oder das sogenannte "Cell-Bomb-Verfahren" zum Einsatz.
  • Als chemisches Lyseverfahren kommt insbesondere die Verwendung von Phenol, Chloroform und/oder Isoamylalkohol in Frage. Ebenso fallen enzymatische Verfahren unter diesen begriff, so z. B. die Verwendung von Lysozym für Bakterien oder die Verwendung von β-Glucuronidase ("snail gut enzyme") für Hefe.
  • Eine Sonderform ist die alkalische Lyse. Diese wird insbesondere angewendet, um aus bereits lysierten Bakterien Plasmid-DNA zu isolieren. Durch die Zugabe von NaOH zum Zellextrakt lösen sich die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären DNA-Strängen sowohl der chromosomalen als auch der Plasmid-DNA, wobei die Plasmid-DNA aufgrund ihrer Konformation in der Lage ist, vollständig zu renaturieren. Die chromosomale DNA, die durch die einzelnen Präparationsschritte zerstückelt wurde, kann nach Neutralisation des pH-Wertes mit Kaliumacetat und Eisessig nicht renaturieren, es bilden sich DNA-Doppelstränge mit nur kurzen komplementären Bereichen und durch die ungerichtete Verbindung vieler DNA-Einzelstränge kommt es zur Ausbildung einer verworrenen DNA-Masse. Diese kann relativ leicht zusammen mit dem durch die Neutralisation ausgefallenem NaOH abzentrifugiert werden. Bei diesem Zentrifugationsschritt setzen sich ferner Zellmembran- und Zellwandbestandteile sowie Proteine als Pellet ab. Die Plasmid-DNA befindet sich nach der Zentrifugation im Überstand.
  • Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem erfindungsgemäß verwendeten chaotropen Salz um ein Salz bzw. ein Gemisch von Salzen ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Guanidiniumhydrochlorid, Guanidiniumrhodanid, Guanidiniumiodid, Harnstoff, Ammoniumsulfat, Natriumiodid, Kaliumiodid, Natriumperchlorat, Natrium(iso)thiocyanat und Guanidiumthiocyanat handelt.
  • Chaotrope Salze sind Salze, die eine hohe Affinität zu Wasser haben und deshalb eine Hydrathülle ausbilden. In Anwesenheit dieser Salze werden die hydrophoben Interaktionen in Proteinen destabilisiert, weil die Löslichkeit der hydrophoben Seitenketten steigt, und das Protein denaturiert. Nukleinsäuren wie DNA und RNA werden hingegen nicht beeinträchtigt, weil zur Stabilisierung derselben keine hydrophoben Wechselwirkungen erforderlich sind. Hinzu kommt, dass die Kationen der chaotropen Salze in hohen Konzentrationen die negativen Ladungen auf der Oberfläche von Silikaten, insbesondere in Silikatmatrices, absättigen und eine positive Nettoladung erzeugen, was die Bindung der Nukleinsäuren an die Silikatmatrices erheblich forciert.
  • Der erste Zentrifugationsschritt des Verfahrens wird bevorzugt bei einem Beschleunigungswert im Bereich zwischen 5–2000 × g durchgeführt. Besonders geeignete Beschleunigungswerte liegen bei 10 × g, 27 × g, 50 × g, 150 × g, 300 × g, 500 × g, 800 × g, 1000 × g und 1500 × g. Dieser Zentrifugationsschritt kann beispielweise eine Dauer von 5 s–20 min haben. Besonders bevorzugt ist eine Dauer von 10 s–10 min. Besonders bevorzugt ist eine Dauer von 30 s–5 min.
  • Der zweite Zentrifugationsschritt des Verfahrens wird bevorzugt bei einem Beschleunigungswert im Bereich zwischen 100–25.000 × g durchgeführt. Besonders geeignete Beschleunigungswerte liegen bei 180 × g, 610 × g, 1000 × g, 2500 × g, 8000 × g, 12.000 × g und/oder 17.000 g. Dieser Zentrifugationsschritt kann ebenfalls beispielsweise eine Dauer von 5 s–20 min haben. Besonders bevorzugt ist eine Dauer von 10 s–10 min. Ganz besonders bevorzugt ist eine Dauer von 30 s–5 min.
  • Wie aus der obigen Darstellung ersichtlich, überschneiden sich die Wertebereiche für die Beschleunigungswerte des ersten und des zweiten Zentrifugationsschritts. Es muß erfindungsgemäß jedoch gewährleistet sein, dass der Bescheunigungswert des ersten Zentrifugationsschritts immer unterhalb des Bescheunigungswerts des zweiten Zentrifugationsschritts liegt.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Reaktionsgefäße in einem Zentrifugenrotor vom „swing-out-Typ" zentrifugiert werden. Bei solchen Rotoren stellt sich der erforderliche Zentrifugationswinkel erst ein, wenn der Rotor in Bewegung versetzt wird. Zwar weist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Verwendung von Festwinkelrotoren die genannten Verbesserungen bei der Ausbeute auf, allerdings kommen Zentrifugenrotoren vom „swing-out-Typ" bevorzugt dann zum Einsatz, wenn Substanzen in bereits im Rotor angeordnete Reakti ons- oder Zentrifugiergefäße gegeben werden sollen, z. B. durch Pipettieren oder mit Hilfe eines Pipettierroboters.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die einzelnen Schritte des Verfahrens automatisiert ablaufen. Hierzu hat die Anmelderin u. A. eine eigene Vorrichtung entwickelt, die die Funktionen eines Pipettierroboters und einer programmierbaren Zentrifuge vereint. Mit Hilfe eines solchen automatisierten Verfahrens läßt sich der Labordurchsatz wesentlich erhöhen und gleichzeitig Zuordnungsfehler weitgehend vermeiden. Beide Faktoren spielen gerade in klinischen, forensischen, epidemiologischen und populationsgenetischen Untersuchungen eine wichtige Rolle.
  • Ferner ist ein Reaktionsgefäß, aufweisend eine Bindungsmatrix, zur Verwendung in einem Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen, bevorzugt Nukleinsäuren, aus einer Probe vorgesehen. Ein solches Reaktionsgefäß ist z. B. in 3 gezeigt.
  • Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Zusammensetzung zur Verwendung in einem Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen, bevorzugt Nukleinsäuren, aus einer Probe vorgesehen, wobei die Zusammensetzung mindestens einen Bestandteil aufweist ausgewählt aus der Gruppe enthaltend alkalische Agenzien, Phenol, lytische Enzyme, Isoamylalkohol, Chloroform, Chaotrope Salze, Alkohole, Wasser, anorganische oder organische Salze.
  • Bei dieser Zusammensetzung kann es sich z. B. um einen Lysepuffer (Phenol, lytische Enzyme, Isoamylalkohol, Chloroform), einen Bindungspuffer (Chaotrope Salze), einen Waschpuffer (Alkohole, anorganische oder organische Salze) oder um einen Elutionspuffer (anorganische oder organische Salze) handeln.
  • Ferner ist erfindungsgemäß ein Kit of Parts vorgesehen, aufweisend mindestens eine solche Zusammensetzung. Besonders bevorzugt weist dieser Kit mindestens ein wie oben erwähntes Reaktionsgefäß sowie weiterhin Reagenzien zur Analyse von Biomolekülen in oder aus einer biologischen Probe oder zur Analyse der Morphologie einer biologischen Probe auf.
  • Als Reagenzien zur Analyse von Biomolekülen kommen hier insbesondere Reagenzien zur Detektion und Quantifizierung von Nukleinsäuren, Aminosäuren, Oligopeptiden, Polypeptiden, Monosacchariden, Oligosacchariden, Polysacchariden, Fetten, Fettsäuren und/oder Lipiden zum Einsatz. Der Fachmann kann solche Reagenzien aus der Fachliteratur ohne eigene erfinderische Leistung auffinden. Häufig sind solche Reagenzien als Kits für die jeweils zu analysierenden Biomoleküle bereits fertig erhältlich. Diese Reagenzien umfassen insbesondere Farbstoffe zum Färben von Zellen oder Zellbestandteilen, Antikörper, gegebenenfalls markiert mit Fluoreszenzfarbstoffen oder Enzymen, eine Absorptionsmatrix, wie etwa DEAE-Zellulose oder eine Silica-Membran, Substrate für Enzyme, Agarose-Gele, Polyacrylamid-Gele, Lösungsmittel wie Ethanol oder Phenol, wässrige Pufferlösungen, RNase-freies Wasser, Lyse-Reagenzien, alkoholische Lösungen und dergleichen.
  • Dabei kann die Zusammensetzung bereits in dem Gefäß abgefüllt sein. Denkbar ist aber auch, dass das Kit als einen weiteren Bestandteil eine Dosierungsvorrichtung umfasst, die mit der Zusammensetzung gefüllt ist und mittels derer definierte Portionen der Zusammensetzung, vorzugsweise unter sterilen Bedingungen, in das Gefäß eingefüllt werden können. Eine solche Dosierungsvorrichtung kann beispielsweise in Form eines Seifenspenders ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäß ist überdies eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Biomolekülen, bevorzugt Nukleinsäuren, aus einer Probe vorgesehen, aufweisend eine Zentrifuge, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung Mittel aufweist, die es ermöglichen, dass während einer Zentrifugation ohne Benutzereingriff mindestens zwei Zentrifugationsschritte mit unterschiedlich hohen Beschleunigungswerten automatisiert eingelegt werden. Für diesen Zweck ist in der Regel eine Mikroprozessorsteuerung erforderlich, die eine Speichereinrichtung aufweist, in welcher mehrschrittige Zentrifugationsprotokolle abgespeichert und/oder abspeicherbar sind.
  • Erfindungsgemäß ist ebenso eine Zentrifugationsvorrichtung vorgesehen, die Mittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe gemäß aufweist. Hierbei ist insbesondere an eine Mikroprozessorsteuerung gedacht, die es ermöglicht, dass während einer Zentrifugation ohne Benutzereingriff mindestens zwei Zentrifugationsschritte mit unterschiedlich hohen Beschleunigungswerten automatisiert eingelegt werden.
  • Eine solche Zentrifugationsvorrichtung weist Mittel zur automatisierten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Hierzu zählt u. A. neben der erwähnten Mikroprozessorsteuerung z. B. ein Pipettierroboter.
  • Weiterhin ist erfindungsgemäß eine aufgereinigte Nukleinsäure vorgesehen, herstellbar mit einem Verfahren, einer Zusammensetzung, einem Kit und/oder einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Nukleinsäure handelt es sich insbesondere um plasmidische, genomische, virale und mitochondriale DNA bzw. mRNA, siRNA, miRNA, rRNA, snRNA, t-RNA, und hnRNA.
  • Abbildungen und Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Beispiele sowie Abbildungen genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
  • Beispiel 1: Grundsätzliche Vorgehensweise (einschrittiges Verfahren nach dem Stand der Technik)
  • Auf einer Agarplatte gewachsene Bakterienkolonien, enthaltend ein zu isolierendes Plasmid, werden gepickt, in je 3 ml LB Flüssigkulturmedium suspendiert und über Nacht bei 37°C zur Vermehrung der inkubiert. Die gesättigten 3 ml Bakterienübernachtkulturen werden in einer Tischzentrifuge bei 13000 rpm pelletiert. Die Isolation der Plasmid-DNA erfolgt nach einem modifizierten Standardprotokoll der Firma Qiagen nach der Methodik von Birnboim: Der Überstand der Bakterienkultur wird abgenommen und verworfen. Das Pellet wird mit 250 μl Puffer P1 (Qiagen) versetzt und resuspendiert. Durch Zugabe von 250 μl Puffer P2 (Qiagen) und 4–5 mal vorsichtigem Schütteln werden die Bakterien lysiert ("alkalische Lyse"); die Lysereaktion darf nicht länger als 5 min andauern, weil ansonsten die genomische DNA mobilisiert wird. Durch Zugabe von 350 μl Puffer N3 (Qiagen) und sofortiges leichtes Schütteln wird die Lysereaktion daher gestoppt. Die lysierten Bakterienwandbestandteile werden für 10 min bei 13000 rpm pelletiert.
  • Die im Überstand befindlichen Plasmide werden vorsichtig abgenommen und in eine vorbereitete Qiagen Spin Column pipettiert. Anschließend wird wie folgt weiter verfahren:
  • Beispiel 2A. Vergleich der DNA-Ausbeute zwischen einschrittigem und zweischrittigem Zentrifugationsverfahren (Bindungsschritt)
  • 3 ml einer Bakterienkultur (DH10B), die das Plasmid puc 19 enthält, wurden geerntet und wie oben beschrieben lysiert und in Spin Columns (Modell QIAprep) überführt, und anschließend einem herkömmlichen einschrittigen ("manual 1-step protocol") bzw. zweischrittigen ("manual 2-step binding") Zentrifugationsverfahren zugeführt. Die Verfahrensparameter waren wie folgt:
    einschrittig zweischrittig
    Probe Bakterienpellet in 1.5 ml Reaktionsgefäß überführen Bakterienpellet in 1.5 ml Reaktionsgefäß überführen
    Lyseschritt 250 μl P1 250 μl P1
    250 μl P2 250 μl P2
    350 μl N3 350 μl N3
    Lysatklärung Zentrifugieren 10 min 17000 × g Zentrifugieren 10 min 17000 × g
    Bindungsschritt geklärtes Lysat auf Säule übertragen geklärtes Lysat auf Säule übertragen
    Zentrifugieren 1 min 27 × g
    Zentrifugieren 1 min 17000 × g Zentrifugieren 1 min 2400 × g
    Waschschritt 750 μl PE 750 μl PE
    Zentrifugieren 1 min 17000 × g Zentrifugieren 1 min 17000 × g
    Elutionsschritt 50 μl EB 50 μl EB
    1 min/RT 1 min/RT
    Zentrifugieren 1 min 17000 × g Zentrifugieren 1 min 17000 × g
  • Die wesentlichen Unterschiede im Zentrifugationsprotokoll sind grau hinterlegt. Die Puffer P1, P2, N2, PE und EB sind Bestandteile des QIAprep-Kits. Anschließend wurde die Ausbeute an Plasmid-DNA untersucht. Es wurden jeweils 8 parallele Versuche durchgeführt, die Ergebnisse wurden statistisch ausgewertet und sind in 2A gezeigt. Während mit dem einschrittigen Verfahren eine DNA-Ausbeute von 8454 ng erzielt wurde, wurde mit dem zweischrittigen Verfahren eine Ausbeute von 9540 ng erzielt. Die Unterschiede sind signifikant. Es ist durchweg erkennbar, dass die DNA-Ausbeute mit dem zweischrittigen Verfahren um ca. 13% höher ausfiel.
  • Beispiel 2B. Vergleich der DNA-Ausbeute zwischen einschrittigem und zweischrittigem Zentrifugationsverfahren (Waschschritt)
  • Ähnliche Unterscheide waren feststellbar, wenn statt des Bindungsschrittes der Waschschritt zweistufig ausgelegt war, etwa so wie in folgender Tabelle dargestellt:
    einschrittig zweischrittig
    Probe Bakterienpellet in 1.5 ml Reaktionsgefäß überführen Bakterienpellet in 1.5 ml Reaktionsgefäß überführen
    Lyseschritt 250 μl P1 250 μl P1
    250 μl P2 250 μl P2
    350 μl N3 350 μl N3
    Lysatklärung Zentrifugieren 10 min 17000 × g Zentrifugieren 10 min 17000 × g
    Bindungsschritt geklärtes Lysat auf Säule übertragen geklärtes Lysat auf Säule übertragen
    Zentrifugieren 1 min 17000 × g Zentrifugieren 1 min 17000 × g
    Waschschritt 750 μl PE 750 μl PE
    Zentrifugieren 1 min 12000 × g Zentrifugieren 1 min 27 × g
    Zentrifugieren 1 min 12000 × g
    Elutionsschritt 50 μl EB 50 μl EB
    1 min/RT 1 min/RT
    Zentrifugieren 1 min 17000 × g Zentrifugieren 1 min 17000 × g
  • Die wesentlichen Unterschiede im Zentrifugationsprotokoll sind grau hinterlegt. Es wurden jeweils 8 parallele Versuche durchgeführt, die Auswertung erfolgte ähnlich wie in obigem Beispiel. Die Ergebnisse sind in 2B gezeigt. Während mit dem einschrittigen Verfahren eine DNA-Ausbeute von 4022 ng erzielt wurde, wurde mit dem zweischrittigen Verfahren eine Ausbeute von 4803 ng erzielt. Die Unterschiede sind signifikant. Es ist durchweg erkennbar, dass die DNA-Ausbeute mit dem zweischrittigen Verfahren um ca. 19% höher ausfiel.
  • Beispiel 2C. Vergleich der RNA-Ausbeute zwischen einschrittigem und zweischrittigem Zentrifugationsverfahren
  • Jurkat-Zellen wurden mit einem Standardverfahren (Qiagen RNeasy) lysiert und in Spin Columns (Modell RNeasy) überführt, und anschließend einem herkömmlichen einschrittigen ("manual standard protocol") bzw. zweischrittigen ("manual 2-step binding") Zentrifugationsverfahren zugeführt. Die Verfahrensparameter waren wie folgt:
    einschrittig zweischrittig
    Probe Jurkat-Zellen in 1.5 ml Reaktionsgefäß überführen Jurkat-Zellen in 1.5 ml Reaktionsgefäß überführen
    Lyseschritt 350 μl RLT 350 μl RLT
    350 ml 70% EtOH 350 ml 70% EtOH
    Bindungsschritt Zentrifugieren 1 min 8000 × g Zentrifugieren 1 min 27 × g
    Zentrifugieren 1 min 180 × g
    Waschschritt 700 μl RW1 700 μl RW1
    500 μl RPE 500 μl RPE
    1 min 8000 × g Eppendorf 1 min 8000 × g Eppendorf
  • Die Unterschiede im Zentrifugationsprotokoll sind grau hinterlegt. Die Puffer RPE, RW1 und RLT sind Bestandteile des RNeasy-Kits. Anschließend wurde die Ausbeute an RNA untersucht. Es wurden jeweils 8 parallele Versuche durchgeführt, die Ergebnisse wurden statistisch ausgewertet und sind in 2C gezeigt.
  • Während mit dem einschrittigen Verfahren eine RNA-Ausbeute von 1836 ng erzielt wurde, wurde mit dem zweischrittigen Verfahren eine Ausbeute von 2011 ng erzielt. Die Unterschiede sind signifikant. Es ist durchweg erkennbar, dass die RNA-Ausbeute mit dem zweischrittigen Verfahren um ca. 9% höher ausfiel.
  • 1 zeigt als Zeitdiagramm den beispielhaften Ablauf eines Zentrifugationsprotokolls gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem mehrstufigen Zentrifugationsschritt. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem mehrstufigen Zentrifugationsschritt um einen Bindeschritt, bei welchem die Biomoleküle durch Zentrifugation an die Bindungsmatrix gebunden werden.
  • Hierzu wird die aufzureinigende Probe mit dem Bindungspuffer versetzt und dann zunächst für 1 min bei 500 × g zentrifugiert. Anschließend beschleunigt die Zentrifuge, bis ein Beschleunigungswert von 8000 × g erreicht ist, und die Probe wird bei diesem Wert weitere 75 sec. zentrifugiert. Während dieser Prozedur binden die Nukleinsäuren an die Silikatmatrix, während alle restlichen Bestandteile die Silikatmatrix passieren und verworfen werden können. Anschließend wird mit einem Waschpuffer gewaschen, und die Nukleinsäuren werden mit einem Elutionspuffer von der Säule gewaschen und aufgefangen.
  • 2 zeigt die Ergebnisse der in Beispiel 2A, 2B und 2C beschriebenen Experimente. Dabei sind einerseits die absoluten Ausbeuten an Nukleinsäure in ng gezeigt, und andererseits ist der Performancevorsprung des jeweils zweischrittigen Verfahrens in % gezeigt.
  • 3 zeigt ein Reaktionsgefäß 30, aufweisend eine Silikatmatrix 31, zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Nachdem das Reaktionsgefäß 30 mit eine Lösung bzw. Suspension aus einer Nukleinsäuren enthaltenden Probe und mindestens einem chaotropen Salz beschickt bzw. eine solche Lösung bzw. Suspension in dem Reaktionsgefäß hergestellt wurde, wird das Reaktionsgefäß in ein Passgenau größeres Auffanggefäß 32 platziert. Die Kombination aus beiden Gefäßen wird nun in einer nicht dargestellten Zentrifuge dem erfindungsgemäßen Zentrifugationsprotokoll mit erstem Zentrifugationsschritt bei einem ersten Beschleunigungswert und zweitem Zentrifugationsschritt bei einem zweiten Beschleunigungswert, der höher ist als der erste Beschleunigungswert, unterzogen. Während dieser Prozedur binden die Nukleinsäuren an die Silikatmatrix, während alle restlichen Bestandteile die Silikatmatrix passieren und verworfen werden können. Anschließend wird mit einem Waschpuffer gewaschen, und die Nukleinsäuren werden mit einem Elutionspuffer von der Säule gewaschen und aufgefangen.
  • 4 zeigt ähnlich wie 1 als Zeitdiagramm den beispielhaften Ablauf von zwei weiteren Zentrifugationsprotokollen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Im zuoberst dargestellten Protokoll wird die Zentrifuge zwischen den einzelnen Zentrifugationsschritten bei verschiedenen Beschleunigungswerten kurz angehalten. Es gelten im Übrigen die zu 1 aufgeführten Beschreibungen.
  • In dem zuunterst dargestellten Protokoll wird zwischen dem ersten und dem zweiten Zentrifugationsschritt ein weiterer Zentrifugationsschritt bei einem intermediären Beschleunigungswert eingelegt. Es ist denkbar, dass noch weitere Zentrifugationsschritte eingelegt werden, dies würde dem Zeitdiagramm ein mehr oder weniger treppenförmiges Aussehen verleihen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 389063 [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Melzak et al. (1996), Driving Forces for DNA Adsorption to Silica in Perchlorate Solutions, Journal of Colloid and Interface Science 181 (2), 635–644 [0012]

Claims (18)

  1. Ein Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe, aufweisend die folgenden Schritte: a) Anordnen eines Reaktionsgefäßes mit einer Bindungsmatrix in einer Zentrifuge, wobei vor bzw. nach diesem Schritt eine Lösung bzw. Suspension aus einer Biomoleküle enthaltenden Probe in dem Reaktionsgefäß hergestellt bzw. in das Reaktionsgefäß eingefüllt wird; sowie b) einlegen mindestens eines mehrstufigen Zentrifugationsschritts, bestehend aus mindestens einem ersten Zentrifugationsschritt bei einem ersten Beschleunigungswert und mindestens einem zweiten Zentrifugationsschrittes bei einem zweiten Beschleunigungswert, der höher ist als der erste Beschleunigungswert; wobei c) es sich bei Schritt b) um einen Bindeschritt, einen Waschschritt und/oder einen Elutionsschritt handeln kann.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Biomolekülen um Stoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Nukleinsäuren, Aminosäuren, Oligopeptide, Polypeptide, Monosaccharide, Oligosaccharide, Polysaccharide, Fette, Fettsäuren und/oder Lipide handelt.
  3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindungsmatrix einen Anionentauscher, ein Silikatsubstrat, ein Kunststoffsubstrat, oder ein Chitosan enthaltendes Substrat aufweist.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindungmatrix ein Silikatsubstrat aufweist, und dass ferner die Biomoleküle enthal tende Probe vor der Zentrifugation mit mindestens einem chaotropen Salz vermischt wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verfahren ein Schritt zur Lyse von Biomoleküle enthaltenden Zellen oder Geweben vorausgeht.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem chaotropen Salz um ein Salz bzw. ein Gemisch von Salzen ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Guanidiniumhydrochlorid, Guanidiniumrhodanid, Guanidiniumiodid, Harnstoff, Ammoniumsulfat, Natriumiodid, Kaliumiodid, Natriumperchlorat, Natrium(iso)thiocyanat und Guanidiumthiocyanat handelt.
  7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zentrifugationsschritt bei einem Beschleunigungswert im Bereich zwischen 5–2000 × g durchgeführt wird.
  8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zentrifugationsschritt bei einem Beschleunigungswert im Bereich zwischen 100–25000 × g durchgeführt wird.
  9. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgefäße in einem Zentrifugenrotor vom „swing-out-Typ" zentrifugiert werden.
  10. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelnen Schritte des Verfahrens automatisiert ablaufen.
  11. Reaktionsgefäß, aufweisend eine Bindungsmatrix, zur Verwendung in einem Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe gemäß einem der Ansprüche 1–10.
  12. Zusammensetzung zur Verwendung in einem Verfahren zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei die Zusammensetzung mindestens einen Bestandteil aufweist ausgewählt aus der Gruppe enthaltend alkalische Agenzien, Phenol, lytische Enzyme, Isoamylalkohol, Chloroform (Lysepuffer) Chaotrope Salze (Bindungspuffer), Alkohole (Bindungspuffer), anorganische oder organische Salze (Elutionspuffer).
  13. Kit of Parts, aufweisend mindestens eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 12.
  14. Kit of Parts gemäß Anspruch 13, außerdem aufweisend (a) mindestens ein Reaktionsgefäß gemäß Anspruch 11, sowie (b) Reagenzien zur Analyse von Biomolekülen in oder aus einer biologischen Probe oder zur Analyse der Morphologie einer biologischen Probe.
  15. Vorrichtung zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe, aufweisend eine Zentrifuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel aufweist, die es ermöglichen, dass während einer Zentrifugation ohne Benutzereingriff mindestens zwei Zentrifugationsschritte mit unterschiedlich hohen Beschleunigungswerten automatisiert eingelegt werden.
  16. Zentrifugationsvorrichtung, aufweisend Mittel zur Durchführung eines Verfahrens zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe gemäß einem der Ansprüche 1–10.
  17. Zentrifugationsvorrichtung gemäß Anspruch 16, aufweisend Mittel zur automatisierten Durchführung eines Verfahrens zur Aufreinigung von Biomolekülen aus einer Probe gemäß einem der Ansprüche 1–10.
  18. Aufgereinigte Nukleinsäure, herstellbar mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–10, einem Reaktionsgefäß gemäß Anspruch 11, einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 12, einem Kit gemäß einem der Ansprüche 13–14 und/oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15–17.
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