Ứng dụng của PHENOL/CHLOROFORM trong tách chiết DNA/RNA

Bản chất tách chiết DNA/RNA bằng phenol

Có rất nhiều phương pháp được lựa chọn để tinh sạch RNA hoặc DNA đang được sử dụng, tuy nhiên việc tách chiết DNA/RNA bằng Phenol/Chloroform vẫn được cho là một phương pháp hiệu quả về mặt: chi phí, lượng mẫu xử lý, hàm lượng DNA/RNA thu được,…

Các protein bao gồm cả các thành phần kị nước và ưa nước, thông qua sự gấp cuộn của protein ta sẽ thu được hỗn hợp chất cần tách đã tan trong nước. Tuy nhiên, khi hỗn hợp được chuyển sang môi trường chứa cả hợp chất phân cực và không phân cực không có chất phân pha (ví dụ: phenol hoặc phenol/chloroform), chúng sẽ dễ dàng chuyển sang pha khác. Các phân tử phân cực càng mạnh như carbonhydrate và axit nucleic sẽ “thích” ở pha trên hơn (chỉ một vài trường hợp ngoại lệ là ở bên dưới) và tồn tại ổn định ở pha đó.

Phenol, Chloroform, Isoamyl ahcohol

Phenol- nói chính xác đây là chất đệm phenol bão hòa, có chứa 72% phenol và 28% nước, phenol bão hòa trong đệm có tỉ trọng cao hơn nước chút ít. Vì phenol là một axit yếu, nên dung dịch phenol mà chúng ta sử dụng phải được cân bằng với đệm nhằm đưa pH về giá trị mong muốn, cụ thể là pH axit trong trường hợp tách chiết RNA, khi pH của dung dịch có tính bazơ yếu thì chúng sẽ được sử dụng để tách chiết DNA. Ngoài một lượng nước hòa tan vào phenol, thì cũng có một lượng phenol nhất định hòa tan vào trong nước, ở trạng thái cân bằng pha nước sẽ có chứa khoảng 7% phenol. Lượng phenol tan trong nước này giúp biến tính protein trong pha lỏng.

Phenol/Chloroform – đây là hỗn hợp đệm – phenol và chloroform bão hòa, thường sử dụng với tỷ lệ 1:1 cho tinh sạch DNA và đôi khi là ở tỉ lệ khác cho tinh sạch RNA. Isoamyl alcohol đôi khi được bổ sung vào với vai trò chống tạo bọt, tuy nhiên nó thường được coi như một chất phụ gia trơ không bắt buộc. Dung dịch Phenol/Chloroform thường được sử dụng thay thế cho dung dịch phenol bão hòa vì 2 lí do: như tác giả đã đề cập ở trên, trọng lượng của phenol bão hòa chỉ cao hơn trọng lượng của nước một chút, do đó, nếu pha lỏng của bạn có chứa muối bão hòa hoặc các chất hòa tan khác, trọng lượng của pha này có thể tăng lên, khi đó có thể thành phần các dịch trong ống sẽ bị đảo ngược, khi đó pha lỏng của bạn sẽ ở dưới lớp phenol chứ không phải ở trên.

Chloroform có tỉ trọng nặng hơn nước nhiều, do đó việc bổ sung Chloroform vào pha hữu cơ sẽ làm tăng toàn bộ trọng lượng của pha đó, giúp ngăn sự đảo pha.

Hơn nữa, chloroform (và đôi khi có cả isoamyl alcohol) giúp giảm sự giao pha – phần không rõ ràng giữa hai pha được tạo ra bởi các phân tử không thể xác định sẽ tồn tại ở pha nào. Chúng có thể là các protein bị biến tính, DNA (phụ thuộc pH), và/hoặc protein liên kết với DNA bị biến tính một phần (phần protein vẫn còn bám ở phân tử DNA), những phần này là phần thực sự khó phân tách. Nếu bạn thao tác pipet không chuẩn khi loại bỏ lớp dịch trên, bạn sẽ làm giảm độ tinh sạch của mẫu. Nếu quá rụt rè khi hút, lượng mẫu tách được sẽ ít. Nếu may mắn thì mọi thứ bạn cần vẫn nằm nguyên vẹn đúng trong pha mong đợi, tuy nhiên việc bổ sung thêm chloroform vào hỗn hợp sẽ giúp sự phân lớp rõ ràng hơn.

Chloroform – thường được sử dụng sau khi tách chiết phenol hoặc phenol/chloroform. So với nhiều dung dịch hữu cơ, tách chiết protein bằng chloroform không thu được kết quả cao, tuy nhiên nó lại rất hiệu quả khi cần loại bỏ phenol ra khỏi pha lỏng. Hãy nhớ rằng pha lỏng bão hòa luôn chứa 7% phenol, mà phenol lại luôn phá hủy các protein. Do đó, nếu bạn không loại bỏ được (hoặc ít nhất là làm giảm) lượng phenol trong dung dịch axit nucleic không chứa protein, nó có thể quay trở lại ức chế hoàn toàn hoặc ức chế một phần các enzyme mà bạn dùng để xử lý mẫu DNA hoặc RNA sau này. Lượng chloroform vừa đủ sẽ loại bỏ được phenol khỏi dung dịch axit nucleic. Khả năng tự hòa tan của chloroform trong nước thấp hơn 10 lần so với phenol (~0.8%) và ít gây biến tính cho protein, chloroform cũng ít bị tủa cùng với DNA bằng cồn hơn so với phenol mặc dù vẫn chưa có bằng chứng nào xác đáng để chứng minh điều này.

Ete cũng có thể được sử dụng để tách phenol ra khỏi pha lỏng. Tuy nhiên, do ete có đặc tính dễ gây nổ, trong phòng thí nghiệm sinh học lại thường sử dụng đèn busen và những loại nhãn dán có sẵn cồn nên để đảm bảo an toàn ete thường được thay thế bằng chloroform.

Phenol chuyển màu hồng

Không sử dụng dung dịch phenol hay phenol/chloroform nếu dung dịch đã chuyển sang màu hồng. Nguyên nhân là do xuất hiện quá trình oxi hóa đã biến dung dịch này thành màu hồng/nâu và hợp chất này sẽ làm đứt gãy (nick) DNA và làm phân hủy RNA. Hầu hết các chai phenol được bán dưới dạng thương phẩm đều có chứa chất chống oxi hóa. Phenol trong môi trường pH axit có khả năng chống lại được sự oxi hóa. Tuy nhiên việc chuyển phenol bão hòa (thường từ bình tối màu) sang một chai sạch hoặc một ống sạch để kiểm tra trước khi tách chiết luôn là điều nên làm.

Giá trị pH của dung dịch Phenol

Đôi khi, sau khi tách chiết bằng phenol ta không thu được DNA. Nếu chuyện này xảy ra với bạn hoặc ai đó trong phòng thí nghiệm của bạn, câu hỏi đầu tiên bạn cần nghĩ tới đó là: “Bạn đã sử dụng loại phenol nào?”. Các phòng thí nghiệm thường tách đồng thời cả DNA và RNA với cả 2 dung dịch phenol dạng axit hoặc kiềm, cũng có người dùng luôn một chai mới mà không chú ý đến pH. Việc tách chiết các mẫu chứa DNA với phenol axit sẽ làm DNA bị phân hủy. Khi bị phân hủy các mảnh DNA sẽ đi vào pha hữu cơ. Đây là đặc tính hữu ích thường được sử dụng trong các quy trình tinh sạch RNA. Đó cũng là một trong những lý do mà đệm phenol bão hòa axit được sử dụng rộng rãi.

Ngày nay, một số phòng thí nghiệm thất bại trong việc tách chiết DNA bằng phenol (không thu hồi được DNA sau khi chiết), khi đó pH của phenol luôn được đưa ra xem xét đầu tiên. Nếu vấn đề là do pH, bạn cũng không thể đặt máy đo pH vào trong dung dịch, không thể dùng giấy pH do giá trị pH bạn đo được lúc đó chỉ là pH của dịch nổi. Phương pháp sử dụng lúc này là pha loãng dung dịch phenol bằng methanol 45% theo tỷ lệ 1:9 (v:v) rồi đo pH bằng máy đo pH. Cách an toàn nhất để điều chỉnh pH là chuyển phần dịch nổi của dịch phenol sang 1 ống mới chứa ~ 100mM đệm (đệm là dung dịch có Tris pH 7.9 để DNA hoạt động), đảo trộn đều các pha sau đó đặt chai ổn định cho tới khi các pha được phân tách lại, sau đó lại tiến hành đo pH lại.

Đảo trộn các pha

Việc tách chiết bằng phenol/chloroform được cho là phương pháp hiệu quả nhất vì chỉ còn < 1% protein còn dư trong pha lỏng sau lần tách chiết đầu tiên. Tất nhiên cần có những bí quyết để đạt được được hiệu quả cao như vậy. Vùng bề mặt phân tách giữa 2 pha, được hình thành rất nhanh chóng nhưng cũng rất mỏng. Khi tiến hành vortex khoảng hai phút lớp màng này có thể hình thành nhanh hơn, tuy nhiên không phải mẫu nào khi thực hiện cũng cho phép vortex. Nếu bạn định tinh sạch các DNA có kích thước lớn như DNA hệ gen, bạn phải đảo trộn hỗn hợp mẫu nhẹ nhàng hơn rất nhiều, bám sát quy trình hướng dẫn và cố gắng thận trọng hết sức khi thực hiện bước này.

Ảnh hưởng của biến tính và phân giải

Một số quy trình yêu cầu biến tính và phân giải protein với Proteinase K trước khi tách. Cả hai bước này giúp giảm được lượng hóa chất còn lại trong pha giữa (mặt phân pha), do đó cải thiện được chất lượng DNA, RNA thu hồi. Dùng SDS trong khi biến tính protein trước khi chiết DNA hoặc RNA cũng cho kết quả tương đối cao. Tuy nhiên mặt khác, việc phân giải protein có thể làm giảm độ tinh khiết của axit nucleic. Trong khi protein dạng toàn phần hầu hết sẽ được đảm bảo là phân tách tới pha hữu cơ thì những protein này khi được phân cắt thành từng mảnh peptide nhỏ thì không phải tất cả các peptide nhỏ này đều có cùng “đặc tính” hóa học với protein tổng số, mỗi loại sẽ có mức phân chia riêng. Sẽ không có vấn đề gì lớn lắm nếu chỉ một lượng nhỏ peptide lẫn trong axit nucleic, phụ thuộc vào các ứng dụng tiếp theo của bạn thì những chất tạp nhiễm này cũng có thể sẽ ảnh hưởng đến chất lượng mẫu sau này. Tuy nhiên, tôi đã phát hiện ra một cách để loại bỏ lớp phân pha này.

Phase lock gel®

Đây là vấn đề thường gặp ở 50% các phòng thí nghiệm nhưng chỉ dưới 10% số người làm thí nghiệm biết được hiện tượng này là gì và nó hoạt động như thế nào?. Nói đơn giản, Phase Lock gel là 1 lớp nhớt giống như gel vasoline, có tỷ trọng lớn hơn nước. Nếu bạn bổ sung dịch chiết của bạn lên nửa trên của ống li tâm sau đó tiến hành li tâm, kết quả bạn sẽ quan sát thấy Phase Lock-gel nằm giữa dịch nổi và pha hữu cơ. Phase Lock-gel ngăn cách 2 pha này hình thành lớp phân pha khi tách chiết DNA/RNA.

Trong một nghiên cứu nhỏ nhằm chứng minh giả thiết của mình, tác giả đã thay phần dye màu đỏ vào vị trí của pha chứa axit nucleic và dye xanh thay vào vị trí của pha chứa protein

--> CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ ABT là một trong những công ty hàng đầu chuyên cung cấp các thiết bị khoa học kỹ thuật – dụng cụ – hóa chất cho các phòng thí nghiệm thuộc các lĩnh vực: hóa lý, vi sinh, giáo dục, công nghệ thực phẩm, môi trường, thủy sản, mỹ phẩm, chăn nuôi, dầu khí, y tế, xây dựng, điện….

--> https://abt-vn.com/en/

--> https://www.facebook.com/ABTvietnam