用以上公式算出的離心時間和實際離心結果非常接近。從公式可以看出T反比子(N4、r2),顯然在CsCl不結晶析出的前提下提高(N4、r2)將會減少離心時間,而增加轉速的效果特別明顯。但是對于某些較低轉速轉頭(如 65,000rpm以下)CsCl自形成梯度所需時間過長(10小時)以上,因此質粒DNA純樣品區帶形成的時間也比較長.
作為對全管初始等密度條件的改進,近幾年發展了階梯形不連續CsCl梯度的平衡等密度離心,即離心管初始梯度分二部分:
下部:高密度區(ρ=1.80-1.81g/cm3),占總容量1/3。
上部:低密度區(ρ=1.46-1.48g/cm3),占總容量2/3,實驗證明,二階不連續CsCl梯度可比全管等密度離心所需時間要短得多(以12ml垂直管轉頭為例,質粒DNA,CsCl梯度55,000rpm,20℃;不連續二階梯度離心為5.5 小時,全管等密度離心為8小時)。
二階不連續梯度離心,樣品加在靠離心管底部的高密度區,無論對何種轉頭,其r很大;而且只存在樣品的上浮而不存在低密度區(低離心加速度區)樣品的沉降;在接近DNA浮動
密度區初始密度差較大,自形成梯度,時間較短;由于以上原因縮短了離心時間。(4)超高速多級(轉速)分離:很明顯,根據T公式提高轉速將會加速CsCl梯度的形成,離心時間也會相應縮短。但是,在某溫度下的高轉速,長時間離心分離對于較高密度的CsCl來說很可能產生局部結晶析出,而局部結品析出不僅會影響梯度,而且會因析出的固態CsCl因損傷離心管壁而造成離心失敗或事故.為此,對于質粒DNA離心分離實驗,由于新型超速機的可編程序運轉的特點。可以從極高轉速逐漸向稍低轉速推移,每次實驗分成很多轉速擋,既提高了效率,又保證了實驗成功和安全。
當然,這類實驗是要經過多次摸索,才能形成常用的離心程序,美國Beckman公司和日本Hitachi koki株式會社都在各自的先進的超速機上做了大量實驗,并向用戶推薦可靠、高效的離心理序[2、3]。
三、典型的質粒DXA超速離心分離舉例
1.傳統分離舉例:
例(1)單管容量為12ml,最高轉速在50,000rpm以下的角式轉頭,12PA密封管,各廠新型超速機。
樣品+TE液(配成pH8.0),EB加入量0.2mg/ml,加入CsCl配成全管ρ=1.57g/ml45,000rpm×36小時,20℃,慢減速或55,000rprn×16小時+40,000rpm×1小時,20度慢減速。
分離結果:管中部稍下形成純質粒DNA帶,中部稍上出現DNA片斷帶,近底部為RNA沉淀,上浮物為蛋白質。
特點:分離結果較好,但純樣品帶較寬,分離時間很長,用去近1億轉驅動部壽命。
例(2)單管容量為5ml,最高轉速為65,000rpm的鐵吊椅甩平轉頭,5PA管,樣品配置同例(1)
特點:同例(5) (用去0.2億轉驅動部壽命)。
36,000rpm×55小時,20℃,或32,000rpm×70小時,20℃。
·分離結果及特點:分離結果很理想,質粒DNA帶很窄,RNA沉降于離心管球底。但離心時間過長,成本較高(用去1.1億~1.3億轉驅動部壽命)。
2.垂直管轉頭離心分離:
例(3)日本日立cp100α主機,P100VT轉頭(700,000×g,8×5ml),5PA密封管,樣品及梯度配置同例(1)
100,000rpm×1小時50分,20℃,慢減速(7檔)。
·特點:離心結果與例(1)相似,由于轉速極高,壁部RNA沉淀很緊,在降速過程中對DNA污染很少。離心時間很短,高效,低成本(用去0.12億轉驅動部壽命)。
例(4)最高轉速為50,000rpm的鈦垂直管轉頭,容量8×40ml,40PA密封管,樣品配置如例(1) 50,000rpm×24小時,20℃,慢減速。
特點:大容量分離,RNA沉淀對DNA帶稍有污染。
3.近垂直管轉頭分離
例(5)Beckman1NVT90轉頭XL-90主機,8×5ml,5PA密封管,轉頭最高轉速90,000rpm,646,000×g。
樣品+TE液(配成pH8.0),E·B加入量為0.2mg/ml,Triton X-100加入量為0.01%,加入Cscl配成p=1.55g/ml。78,000rpm×4小時,20℃,慢減速。
特點:由于Triton X-100的作用,RNA沉淀加速滑向離心管底,轉頭減速過程中對DNA沒有污染,分離結果很理想(用去0.2億轉驅動部壽命)。
例(6)日本日立CS120EX或美Beckman
TLX微量超速機,最高轉速為120,000rpm的NVT(NT)轉頭,8×2ml,2PA密封管,樣品及梯度液配置基本同例(5),但CsCL配成p=1.55g/ml,120,000rpm×3小時,20℃,慢減速。
特點:同例(5)(用去0.2億轉驅動部壽命)
4.不連續階梯梯度分離:
例(7)日本日立SRP83VT轉頭,80,000rprm,549,000g,8×5時,5PA密封管(日立CPα,β系列機或SC夏系列機),梯度液配置:
先配置TE液+Cscl,ρ=1.47g/ml共3.5ml,先注入5PA密封管。
再配置TE液+樣品+CsCl配成ρ=1.81g/ml, E.B.0.2mg/ml,共1.5ml用注射器伸入管底緩緩注入使原先的p=1.47液上浮。
83,000rpm×1小時,20℃,慢加速,慢減速,結果同例(3)。
特點:由于使用了二階不連續梯度,CsCl自形成梯度時間縮短。超高轉速,RNA沉淀很緊,對DNA帶污染很小,高效,低成本(只用去0.05億轉驅動部壽命)。缺點是樣品加入量稍小。
例(8)日本日立RP55VF:轉頭,55,000rpm,293,000×g,12×5ml,樣品及梯度液配置同例(7) 55,000rpm×4.5小時,20度,慢加、減速。結果與例(7)相似。
5.超高速多級(轉速)分離:
例(9):BeckmanXL-90超速機,NVT-90轉頭90,000rpm,645,000×g,8×5ml,5.1PA密封管,樣品及梯度液配置同例(5)。
多級分離:90,000rpm×l.5小時+87,000rpm×0.25小時+83,000rpm×0.25小時+81,000rpm×0.50小時+80,000rpm×0.50小時,20℃,慢減速。
(以上實驗亦可在日本日立CP100α或90α主機上做用P100VT轉頭,結果相同)。
特點:結果同例(5),但時間降為3小時(0.16億轉)
例(10)Hitachi微量超速CS-120EX或CS-100EX微量超速機,S100AT5角式轉頭,100,000rpm,550,000×g,8×5ml,樣品及梯度液配置與例(3)基本同,但樣品+TE液配成ρ= 1.55g/ml
100,000rpm×4.5小時+98,000rpm×15分+96.000rpm×30分+94,000rpm×30分+90,000rpm×25分+85.000rpm×30分
(共7小時),20℃,慢減速。
特點:使用角式轉頭,微量超速機,在離心力較小的條件下(與大型超速機相比),離心時間較短,RNA沉向管底,分離結果很理想。
四、質粒DNA超速離心分離注意事項
1.防止污染
防止脫氫酶污染:脫氫酶能使DNA降解或變性,而它又無處不在(皮膚上,沒清洗并沒消毒的器具表面……),所以,在質粒DNA分離實驗的每一個環節都要注意這一點.有效的辦法是器具(離心管、蓋、注射器、移液器、盛器等等)的消毒(蒸氣消毒或0.1%焦碳酸二乙酯消毒)。雖然,我們可以加DFP(二異丙基確酸氟)或PMSF(苯甲基磷酸氟)來抑制脫氫酶的降解使用,但主要手段還是清洗和消毒。
為防止皮膚上核糖體污染,操作時應戴上手術用手套。
2.防止重金屬鹽中存在的重金屬離子和DNA結合成復合物:CsCl為電離介質,在離心前CsCl應過柱以消除Cs離子,對接觸樣品的器皿也要清洗,并用去離子水沖洗。
3.樣品的加載量 樣品加入量與樣品濃度有關,為了提高分辨率,樣品加入量應加以控制,合適的加入量應以前人實驗作參考。自行試驗時,每毫升梯度液樣品量約為10μg~20μg。
4.對于角式、垂直、近垂直轉頭的自形成梯度平衡等密度分離,可用0~100Orpm快加速及1,000rprn~0慢減速,階梯梯度則要求慢加速,慢減速,近代起這機都提供了很好的范例,供用戶選擇加、減速速率時參考。
5.轉頭在離心開始時溫度應和離心運轉時工作溫度基本一致(土5℃),轉頭預冷溫度過低(10℃以下)在極高轉速,短時間離心時,可能因來不及升溫而出現CsCl析出,使實驗失敗或發生事故。
6.合適的取樣方法:質粒DNA超速離心分離加樣較簡易,離心后取樣方法和操作水平將決定回收率和樣品純度。首先,取樣環境應和離心工作溫度相近(士5℃);取樣時實驗臺上應無振動源;根據實驗室條件相應選擇橫向穿刺、底部空孔、離心管切割或用梯度儀收集。但無論哪一種方法部必須小心行事。
7.合適的pH值,核酸類佯品在實驗全過程中都應保持在pH8.0的TE液中,pH值過高過低也會使DNA變性。
8.離心管及加液量:由于近代質位DNA的超速離心分離使用了非常高的轉速,對離心管材質要求也很高,一般做這類實驗的離心管只用一次。最好是用密封管,而且一段以選擇PA管為好。離心管存放期不超過2~3年,使用密封管或有蓋薄壁管樣品要加滿。使用甩平轉頭液面距管口2~3毫米以防止彎月面溢液或管口翻卷。