Fluorescence measurement of hybridization between quencher (DABCYL) labelled PNA probes and a fluoresceine labelled DNA using the Fluorescence BioMelt Package
Aplikace | 2011 | Agilent TechnologiesInstrumentace
Reverzibilní hybridizace nukleových kyselin je základem procesů jako replikace, transkripce a translace v živých buňkách. V analytické praxi umožňuje rychlou a citlivou detekci specifických sekvencí DNA nebo RNA, a to i při nízkých koncentracích vzorku. Použití peptid-nukleových kyselin (PNA) s vysokou afinitou a odolností vůči enzymatické degradaci dále zvyšuje robustnost hybridizačních testů.
Cílem předkládané studie bylo porovnat termální stabilitu komplexů PNA–DNA pomocí fluorescenčního značení a měření teploty tání (Tm). Analyzovány byly dva PNA sondy odlišné délky (9mer a 13mer) značené neluminiscenčním quenchrem DABCYL a komplementární DNA značená fluoresceinem.
Pro termální fluorescenční měření byl využit systém Fluorescence BioMelt Package:
Vzorky PNA a DNA byly připraveny v pufru (100 mM NaCl, 10 mM KPO4, pH 7,1) při koncentraci 50 nM každé složky. Měření probíhalo v rozmezí 20–95 °C a zpět s rampou 0,5 °C/min a pětiminutovými pauzami na každé extrémní teplotě.
Měření prokázala výrazný rozdíl ve Tm hodnotách obou sond: 9mer PNA–DNA komplex měl Tm = 49,9 °C, zatímco 13mer dosáhl Tm = 63,9 °C. Delší PNA s vyšším počtem polyaminových vazeb vykazuje silnější interakci s komplementární DNA, což se projeví vyšší energetickou náročností na oddělení vláken při zahřívání.
Výsledky potvrzují, že délka PNA sondy přímo ovlivňuje termodynamickou stabilitu hybridního komplexu. Efektivní teplotní kontrolu a reprodukovatelnost zajišťuje použitý multicell Peltier a přesné softwarové řízení ramp.
Očekává se rozšíření PNA technologií do oblastí multiplexních testů pro potravinářskou a environmentální mikrobiologii, diagnostiky onemocnění a vývoje cílených antisense terapií. Dále lze kombinovat FRET přístupy se senzory pro in situ monitoring hybridizace v buněčných kultivacích nebo aplikovat ultrarychlé rampy pro vysokoprůtokové screeningové platformy.
Studie ukázala, že délka PNA sondy zásadně ovlivňuje termální stabilitu hybridního komplexu s fluoresceinem značenou DNA. Využití BioMelt systému s integrovanou teplotní regulací a softwarovou analýzou nabízí praktický nástroj pro rychlé stanovení optimálních podmínek hybridizace a návrh citlivých molekulárně-biologických testů.
Fluorescenční spektroskopie
ZaměřeníKlinická analýza
VýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Reverzibilní hybridizace nukleových kyselin je základem procesů jako replikace, transkripce a translace v živých buňkách. V analytické praxi umožňuje rychlou a citlivou detekci specifických sekvencí DNA nebo RNA, a to i při nízkých koncentracích vzorku. Použití peptid-nukleových kyselin (PNA) s vysokou afinitou a odolností vůči enzymatické degradaci dále zvyšuje robustnost hybridizačních testů.
Cíle a přehled studie
Cílem předkládané studie bylo porovnat termální stabilitu komplexů PNA–DNA pomocí fluorescenčního značení a měření teploty tání (Tm). Analyzovány byly dva PNA sondy odlišné délky (9mer a 13mer) značené neluminiscenčním quenchrem DABCYL a komplementární DNA značená fluoresceinem.
Použitá metodika a instrumentace
Pro termální fluorescenční měření byl využit systém Fluorescence BioMelt Package:
- Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer
- Multicell Peltier s regulátorem teploty
- Quartzové kyvety 10 mm
- Eclipse Thermal Software (Bio software pack)
Vzorky PNA a DNA byly připraveny v pufru (100 mM NaCl, 10 mM KPO4, pH 7,1) při koncentraci 50 nM každé složky. Měření probíhalo v rozmezí 20–95 °C a zpět s rampou 0,5 °C/min a pětiminutovými pauzami na každé extrémní teplotě.
Hlavní výsledky a diskuse
Měření prokázala výrazný rozdíl ve Tm hodnotách obou sond: 9mer PNA–DNA komplex měl Tm = 49,9 °C, zatímco 13mer dosáhl Tm = 63,9 °C. Delší PNA s vyšším počtem polyaminových vazeb vykazuje silnější interakci s komplementární DNA, což se projeví vyšší energetickou náročností na oddělení vláken při zahřívání.
Výsledky potvrzují, že délka PNA sondy přímo ovlivňuje termodynamickou stabilitu hybridního komplexu. Efektivní teplotní kontrolu a reprodukovatelnost zajišťuje použitý multicell Peltier a přesné softwarové řízení ramp.
Přínosy a praktické využití metody
- Citlivá detekce specifických nukleotidových sekvencí s nízkými koncentracemi vzorku.
- Rychlá optimalizace podmínek hybridizace díky termodynamickým výpočtům ΔH, ΔS, ΔG a konstantám rychlosti přímo v softwaru.
- Vysoká stabilita a odolnost PNA sond proti nukleázám a proteázám zjednodušuje práci v biologických matricích.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření PNA technologií do oblastí multiplexních testů pro potravinářskou a environmentální mikrobiologii, diagnostiky onemocnění a vývoje cílených antisense terapií. Dále lze kombinovat FRET přístupy se senzory pro in situ monitoring hybridizace v buněčných kultivacích nebo aplikovat ultrarychlé rampy pro vysokoprůtokové screeningové platformy.
Závěr
Studie ukázala, že délka PNA sondy zásadně ovlivňuje termální stabilitu hybridního komplexu s fluoresceinem značenou DNA. Využití BioMelt systému s integrovanou teplotní regulací a softwarovou analýzou nabízí praktický nástroj pro rychlé stanovení optimálních podmínek hybridizace a návrh citlivých molekulárně-biologických testů.
Reference
- Plum G.E. et al. Annu. Rev. Biomol. Struct. 1995.
- www.bostonprobes.com
- Guzzo-Pernell N., Tregear G.W. Aust. J. Chem. 2000.
- Guzzo-Pernell N. et al. Biomed. Peptides Proteins Nucleic Acids 1997.
- Yang M. et al. Biochemistry 1994.
- Goforth S. The Scientist 2000.
- Marky L.A., Breslauer K.J. Biopolymers 1987.
- Morrison L.E., Stols L.M. Biochemistry 1993.
- Breslauer K.J. Thermodynamic Data for Biochemistry and Biotechnology 1986.
- Bush C.A. Basic Principles in Nucleic Acid Chemistry 1974.
- Patel D.J. et al. Science 1982.
- Clegg R.M. Methods in Enzymology 1992.
- Yaron A. et al. Anal. Biochemistry 1972.
- Fiandaca M.J. et al. Genome Research 2001.
- Hoffman-La Roche on PCR.
- Agilent Technologies Application Note SI-A-1833, 2011.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
The Cary Eclipse—the only fluorescence instrument for temperature-based applications
2016|Agilent Technologies|Ostatní
THE POWER OF XENON: LIGHT YEARS AHEAD IN FLUORESCENCE MEASUREMENT TECHNOLOGY The Cary Eclipse—the only fluorescence instrument for temperature-based applications The Agilent Cary Eclipse fluorescence spectrophotometer has been designed to offer the ultimate BioMelt package. We coupled our precise, flexible…
Klíčová slova
cary, caryeclipse, eclipsefluorescence, fluorescencesave, savethermal, thermalcarboxyfluorescein, carboxyfluoresceintemperature, temperatureyou, youbiomelt, biomeltagilent, agilentlegendary, legendaryflashlamp, flashlampphosphorescence, phosphorescencechemi, chemiproven
Agilent Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer
2019|Agilent Technologies|Ostatní
Agilent Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer Applications The benefits of xenon Applications for Life Sciences With unique, xenon flash lamp technology the Cary Eclipse is capable of fluorescence, phosphorescence, chemiand bioluminescence measurements. Characterize bio-labels for live cell imaging Detecting specific bacterial…
Klíčová slova
cary, caryeclipse, eclipsewavelength, wavelengthfluorescence, fluorescencestrains, strainsquantum, quantumfluorescent, fluorescentbacterial, bacterialstability, stabilitybiocatalysts, biocatalystsnanocrystals, nanocrystalscell, cellgpcr, gpcrchelates, chelatescompartment
Best Practice for Nucleic Acid Thermal Stability Measurements Using the Cary 3500 UV-Vis Spectrophotometer
2022|Agilent Technologies|Technické články
White Paper Best Practice for Nucleic Acid Thermal Stability Measurements Using the Cary 3500 UV-Vis Spectrophotometer Thermal melt (Tm) analysis using rapid, precise temperature-dependent UV-Vis absorbance measurements The Cary 3500 Peltier UV-Vis systems offer the ability to analyze the thermal…
Klíčová slova
cuvette, cuvettetemperature, temperaturepeltier, peltierprobe, probeblock, blocknucleic, nucleiccuvettes, cuvettesmelting, meltingstirring, stirringsample, samplethermal, thermalstranded, strandedoptimize, optimizeinterval, intervalmelt
Fast Determination of Thermal Melt Temperature of Double-Stranded Nucleic Acids by UV-Vis Spectroscopy
2022|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Biopharmaceuticals Fast Determination of Thermal Melt Temperature of Double-Stranded Nucleic Acids by UV-Vis Spectroscopy Reproducible melting temperature (Tm) data at fast ramp rates using the Agilent Cary 3500 UV-Vis Authors Wesam Alwan and Mathieu Rault Agilent Technologies, Inc.…
Klíčová slova
ramp, rampderivative, derivativetemperature, temperaturesmoothing, smoothingmelt, meltmelting, meltinggξc, gξccary, carysperm, spermherring, herringstranded, strandedrate, rateworkstation, workstationnucleic, nucleicinterval