La boule magique de la biologie

La découverte des billes magnétiques.

1. La découverte des billes magnétiques

L'idée de l'invention des billes magnétiques est venue à l'origine de John Ugelstad, un chimiste de l'Université norvégienne des sciences et technologies, qui en 1976 a produit des particules sphériques uniformément magnétisées en utilisant du polystyrène comme matériau principal.

En 1979, Vogelstein et al. ont rapporté que l'utilisation de poudre de verre comme adsorbant peut être utilisée pour extraire des fragments d'ADN de sépharose en présence de fortes concentrations d'iodure de sodium, et plus tard, des techniques de purification d'acide nucléique en phase solide basées sur du gel de silice et d'autres supports de surface aux propriétés hydrophiles ont été largement développé. La méthode de purification des acides nucléiques à base de particules magnétiques en fait partie.

2. Types de billes magnétiques

Structure de base (généralement divisée en 3 couches) :

La couche la plus interne est en polystyrène (PS).

La deuxième couche est enveloppée d'une substance magnétique (généralement Fe3O4).

La couche la plus externe est un polymère modifié par des groupes fonctionnels (tels que carboxyl-COOH, hydroxyl-OH), qui peuvent être combinés avec un acide nucléique.

Taille des particules : différentes tailles de billes magnétiques ont des différences de suspension évidentes. Plus la taille de la suspension est petite, mieux c'est, mais la réponse magnétique sera affaiblie. Plus la taille est petite, meilleure est la suspension, mais la réponse magnétique sera affaiblie. Généralement, pour les petits échantillons à faible teneur en acide nucléique, il est préférable d'utiliser des billes magnétiques avec une bonne suspension.

Modification de surface (groupe fonctionnel) : -OH/-COOH/-NH4/Protéine

Différence d'utilisation (environnement d'action) : les billes magnétiques -OH et -COOH peuvent adsorber efficacement les acides nucléiques. D'une manière générale, les billes avec hydroxyle sont relativement meilleures pour l'adsorption d'acide nucléique dans un système salin chaotropique ; les billes à fonction carboxyle sont relativement meilleures pour l'adsorption d'ADN et d'ARN dans le système PEG.

Billes magnétiques Tampon : généralement des solvants organiques comme le polyéthylène glycol (PEG).

3. Principe de la méthode des billes magnétiques

SPRI (Solid Phase Reverse Immobilization) est que les billes paramagnétiques peuvent se lier sélectivement aux acides nucléiques par type et taille, et peuvent être utilisées pour isoler, purifier et nettoyer des acides nucléiques de haute pureté. Cette technologie peut être appliquée au séquençage de nouvelle génération (NGS), au séquençage Sanger, à la qPCR, à la ddPCR et aux puces à ADN, etc.

Basé sur la technologie SPRI, dans le système de réaction de la méthode des billes magnétiques, les molécules d'acide nucléique (ADN et ARN) seront compressées de forme linéaire à sphérique. L'ADN subira des changements spectaculaires dans la conformation moléculaire de l'ADN promus par NaCl ou MgCl2 en présence d'une certaine concentration de PEG. Un grand nombre de groupes phosphate chargés négativement sur le squelette phosphate se lieront aux billes magnétiques carboxyle chargées négativement à la surface. On pense actuellement que cette interaction entre les charges négatives et négatives est due à l'action d'ions de sel chargés positivement (par exemple, Na+). Le groupe phosphate chargé négativement forme une structure de pont salin "anion-cation-anion" avec le groupe carboxyle via l'ion sel dissocié (par exemple Na +), de sorte que l'ADN est spécifiquement adsorbé à la surface des billes carboxyle. Lorsque le tampon de réaction est jeté, l'ajout de molécule d'eau hydrate rapidement et complètement les molécules d'acide nucléique et libère l'interaction ionique entre les trois, permettant la purification des molécules d'acide nucléique adsorbées sur les billes magnétiques. En utilisant les propriétés magnétiques des billes magnétiques, des fragments d'ADN peuvent être collectés et élués par un champ magnétique appliqué.

- Plus la molécule d'ADN est longue, plus les groupes phosphate chargés négativement sont exposés à sa surface, plus la molécule entière est chargée négativement, et il est plus facile d'être adsorbé sur la surface des billes magnétiques, donc seules des concentrations plus faibles de PEG et de NaCl sont nécessaires à la récupération.

- Plus la molécule d'ADN est courte, plus la concentration de PEG et de NaCl est nécessaire pour détruire plus complètement la couche hydratée à sa surface et exposer suffisamment de groupes phosphate chargés négativement pour être adsorbés et récupérés par les billes magnétiques. (c'est-à-dire que plus le fragment d'ADN récupéré est petit, plus la concentration de PEG et de NaCl à ajouter est élevée et plus le volume de billes magnétiques est important.)