Спектрофотометричний метод для визначення кількості та якості ДНК у тваринництві

Віта Вітаутівна Антане, Иктіяр Уалібекович Сарибаєв, Аскар Жанабайули Оссербай, Кудратулла Кочкарович Шатманов, Тансик Рамаданович Балтахожаєв
Отримано: 20.09.2023 Доопрацьовано: 26.12.2023 Прийнято: 24.01.2024
Взято з Том 27, № 2, 2024 Сторінки: 31-42
Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

У тваринництві генетичні методи стали основою селекційної роботи та ветеринарної діагностики. Тому їх розвиток та удосконалення актуальний напрямок сучасної науки. Метою представленої роботи стало вивчення концентрації та якості нуклеїнових кислот отриманих з венозної крові великої рогатої худоби для подальших генетичних досліджень. Для цього було застосовано модифікований метод фенол-хлороформної екстракції, адаптований для виділення ДНК із крові, з подальшим спектрометричним визначенням концентрації ДНК та оцінкою її якості. У результаті проведених досліджень було встановлено, що середня концентрація генетичного матеріалу, виділеного з крові тварин, становила 146.5±14.98 нг/мкл. Основна частина зразків – понад 93 % містила концентрацію нуклеїнових кислот в інтервалі від 50 до 200 нг/мкл. При цьому часовий інтервал між екстракцією ДНК та її спектрометричним визначенням концентрації та якості генетичного матеріалу за співвідношенням оптичної густини за хвиль А260/А280 упродовж року не спричиняв суттєвих змін на її показники. Використаний метод виділення нуклеїнових кислот у 94 % дав змогу одержати зразки доброї якості, придатні для подальших генетичних досліджень. Між концентрацією генетичного матеріалу та його якістю отримано кореляційний зв’язок на рівні 43 % (Р<0,001). Коефіцієнти повторення внутрішньо лабораторних досліджень результатів екстракції та спектрометричного аналізу виявилися на рівні 97 % (Р<0,001), що вказує на адаптованість цього методу отримання нуклеїнових кислот для його використання у тваринництві. Застосування цього способу екстракції ДНК дало змогу з мінімальними економічними витратами отримати якісний матеріал від тварин, придатний для його подальшого використання в генетичних дослідженнях

Ключові слова

генетичний матеріал; нуклеїнові кислоти; оптична густина розчину; кореляція; повторюваність; екстракція нуклеїнових кислот

[1]  Adyrbekova, K.B., & Isbekov, K.B. (2022). Methods for genomic DNA isolation in some rare fish species. Herald of Science of S. Seifullin Kazakh Agro Technical University, 3(114), 63-71. doi: 10.51452/kazatu.2022.3(114).1113.

[2] Akinwole, M.T., & Babarinde, I.A. (2019). Assessing tissue lysis with sodium dodecyl sulphate for DNA extraction from frozen animal tissue. Journal of Forensic Research, 10(3), article number 100446.

[3] Baiersdörfer, M., Boros, G., Muramatsu, H., Mahiny, A., Vlatkovic, I., Sahin, U., & Karikó, K. (2019). A facile method for the removal of dsRNA contaminant from in vitro-transcribed mRNA. Molecular Therapy. Nucleic Acids, 15, 26-35. doi: 10.1016/j.omtn.2019.02.018.

[4] Bojang, K.P., Kuna, A., Pushpavalli, S.N.C.V.L., Sarkar, S., & Sreedhar, M. (2021). Evaluation of DNA extraction methods for molecular traceability in cold pressed, solvent extracted and refined groundnut oils. Journal of Food Science and Technology, 58(9), 3561-3567. doi: 10.1007/s13197-021-05079-4.

[5] Burke, D., Pinheiro, L., Somerville Glover, E., Moon, F., Deans, Z., & Corner, A. (2022). Between laboratory reproducibility of DNA extraction from human blood and fresh frozen tissue. Journal of Molecular Diagnostics, 24(9), 1041-1049. doi: 10.1016/j.jmoldx.2022.06.003.

[6] Butler, C., Matsumoto, A., Rutherford, C., & Lima, H.K. (2022). Comparison of the effectiveness of four commercial DNA extraction kits on fresh and frozen human milk samples. Methods and Protocols, 5(4), article number 63. doi: 10.3390/mps5040063.

[7] Carvajal-Agudelo, J.D., Trujillo-Betancur, M.P., Velásquez-Guarín, D., Ramírez-Chaves, H.E., Pérez-Cárdenas, J.E., & Rivera-Páez, F.A. (2021). Field blood preservation and DNA extraction from wild mammals: Methods and key factors for biodiversity studies. Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica, 24(1), article number e1766. doi: 10.31910/rudca.v24.n1.2021.1766.

[8] Dairawan, M., & Shetty, P.J. (2020). The evolution of DNA extraction methods. American Journal of Biomedical Science & Research, 8(1), 39-45. doi: 10.34297/AJBSR.2020.08.001234.

[9] Emaus, M.N., Varona, M., Eitzmann, D.R., Hsieh, S.-A., Zeger, V.R., & Anderson, J.L. (2020). Nucleic acid extraction: Fundamentals of sample preparation methodologies, current advancements, and future endeavors. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 130, article number 115985. doi: 10.1016/j.trac.2020.115985.

[10] Gautam, A. (2022). DNA isolation by Chelex method. In DNA and RNA isolation techniques for non-experts (pp. 79-84). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-94230-4_10.

[11] Greathouse, K.L., Sinha, R., & Vogtmann, E. (2019). DNA extraction for human microbiome studies: the issue of standardization. Genome Biology, 20, article number 212. doi: 10.1186/s13059-019-1843-8.

[12] Ibadullayeva, A., Khamzina, A., Beishova, I., & Urazova G. (2022). Comparison of three procedures of DNA extraction from sheep of the Edilbai breed. Science and Education, 2(2(67)), 59-68.

[13] Irgashev, A., Kalandarova, Z., Amirakulov, M., Yethindra, V., & Tagaev, T. (2020). Age-dependent alterations in gross appearance and histology of the conjunctiva-associated lymphoid tissue (Calt) in pigs. Veterinary Practitioner, 21(1), 38-41.

[14] Kabylbekova, D.I., Khamzina, Z., Aubakirova, K.P., & Ibadullayeva, A.A. (2023). Evaluation and comparison of three methоds оf DNA extractiоn frоm Kazakh horse of the type Zhabe. Bulletin of the Karaganda University. Series Biology. Medicine. Geography, 1(109), 69-73. doi: 10.31489/2023BMG1/69-75.

[15] Koetsier, G., & Cantor, E. (2019). A practical guide to analyzing nucleic acid concentration and purity with microvolume spectrophotometers. Retrieved from https://www.neb.com/en/-/media/nebus/files/application-notes/technote_ mvs_analysis_of_nucleic_acid_concentration_and_purity.pdf?rev=c24cea043416420d84fb6bf7b554dbbb.

[16] Kouakou, J.L., Gonedelé-Bi, S., Assamoi, J.B., & Assanvo N’Guetta, S.P. (2022). Optimization of the Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) DNA extraction protocol using forest elephant dung samples.​ MethodsX, 9, article number 101867. doi: 10.1016/j.mex.2022.101867.

[17] Króliczewska, B., Hryshchuk, I., Karpovskyi, V., Zhurenko, O., & Todoryuk, V. (2023). Influence of autonomic nervous system tone on the content of cholesterol and lipoproteins of different density in the blood of cows. Ukrainian Journal of Veterinary Sciences, 14(3), 85-99. doi: 10.31548/veterinary3.2023.85.

[18] Kulibaba, R., Sakhatskyi, M., & Liashenko, Y. (2023). Analysis of genotyping features of bovine cattle individuals at the CSN2 locus using ACRS-PCR methods. Animal Science and Food Technology, 14(2), 44-56. doi: 10.31548/ animal.2.2023.44.

[19] Le Clercq, L., Kotzé, A., Grobler, J.P., & Dalton, D.L. (2023). Biological clocks as age estimation markers in animals: A systematic review and meta-analysis. Biological Reviews, 98(6), 1972-2011. doi: 10.1111/brv.12992.

[20] Mayta, H., Romero, Y.K., Pando, A., Verastegui, M., Tinajeros, F., Bozo, R., Henderson-Frost, J., Colanzi, R., Flores, J., Lerner, R., Bern, C., Gilman, R.H., & Chagas Working Group in Perú and Bolivia. (2019). Improved DNA extraction technique from clot for the diagnosis of Chagas disease. PLoS Neglected Tropical Diseases, 13(1), article number e0007024. doi: 10.1371/journal.pntd.0007024

[21] Mazur, T., Shchur, N., & Boianovskyi, S. (2022). Immunosuppressive activity of Campylobacter jejuni isolates in relation to the cellular link of the body’s immunoprotection. Ukrainian Journal of Veterinary Sciences, 13(3), 3441. doi: 10.31548/ujvs.13(3).2022.34-41.

[22] Nasir, A., de Cássia Pontello Rampazzo, R., Dias Tavares Costa, A., & Krieger, M.A. (2017). Current nucleic acid extraction methods and their implications to point-of-care diagnostics. BioMed Research International, 2017, article number 9306564. doi: 10.1155/2017/9306564.

[23] Oberacker, P., Stepper, P., Bond, D.M., Höhn, S., Focken, J., Meyer, V., Schelle, L., Sugrue, V.J., Jeunen, G.J., Moser, T., Hore, S.R., von Meyenn, F., Hipp, K., Hore, T.A., & Jurkowski, T.P. (2019). Bio-On-Magnetic-Beads (BOMB): Open platform for high-throughput nucleic acid extraction and manipulation. PLoS Biology, 17(1), article number e3000107. doi: 10.1371/journal.pbio.3000107.

[24] Ooi, V., McMichael, L., Hunter, M.E., Takoukam Kamla, A., & Lanyon, J.M. (2023). A new DNA extraction method (HV-CTAB-PCI) for amplification of nuclear markers from open ocean-retrieved faeces of an herbivorous marine mammal, the dugong. PLoS ONE, 18(6), article number e0278792. doi: 10.1371/journal.pone.0278792.

[25] Orkara, Sh.D., Zhanserkenova, O.O., & Sandybaev, N.T. (2022). Comparative evaluation of DNA isolation methods in cattle SNP genotyping. Research, Results, 4(96), 28-35. doi: 10.37884/4-2022/04.

[26] Piskata, Z., Servusova, E., Babak, V., Nesvadbova, M., & Borilova, G. (2019). The quality of DNA isolated from processed food and feed via different extraction procedures. Molecules (Basel, Switzerland), 24(6), article number 1188. doi: 10.3390/molecules24061188.

[27] Roy, D., Tomo, S., Modi, A., Purohit, P., & Sharma, P. (2020). Optimising total RNA quality and quantity by phenolchloroform extraction method from human visceral adipose tissue: A standardisation study. MethodsX, 7, article number 101113. doi: 10.1016/j.mex.2020.101113.

[28] Sakyi, S.A., Effah, A., Naturinda, E., Senu, E., Opoku, S., Amoani, B., Agordzo, S.K., Mensah, O.S., Grant, J., Abban, E., Buckman, T.A., Kwarteng, A., Ephraim, R.K., & Danquah, K.O. (2023). Comparison of modified manual acidphenol chloroform method and commercial RNA extraction kits for Resource Limited Laboratories. International Journal of Clinical Practice, 2023, article number 9593796. doi: 10.1155/2023/9593796.

[29] Sepulveda, A.J., Hutchins, P.R., Jackson, C., Ostberg, C., Laramie, M.B., Amberg, J., Counihan, T., Hoegh, A., & Pilliod, D.S. (2020). A round-robin evaluation of the repeatability and reproducibility of environmental DNA assays for dreissenid mussels. Environmental DNA, 2(4), 446-459. doi: 10.1002/edn3.68.

[30] Shahsavari, M., Mohammadabadi, M., Khezri, A., Borshch, O., Babenko, O., Kalashnyk, O., Afanasenko, V., & Kondratiuk, V. (2022). Effect of fennel (Foeniculum Vulgare) seed powder consumption on insulin-like growth factor 1 gene expression in the liver tissue of growing lambs. Gene Expression the Journal of Liver Research, 21(2), 21-26. doi: 10.14218/GE.2022.00017.

[31] Simon, N., Shallat, J., Williams Wietzikoski, C., & Harrington, W.E. (2020). Optimization of Chelex 100 resinbased extraction of genomic DNA from dried blood spots. Biology Methods & Protocols, 5(1), article number bpaa009. doi: 10.1093/biomethods/bpaa009.

[32] Sophian, A. (2021). Short communication: Analysis of purity and concentration of extracted DNA on salted fish processed food products. Asian Journal of Natural Product Biochemistry, 19(1), 21-24. doi: 10.13057/biofar/f190104.

[33] Thermo Fisher Scientific. (2009). NanoDrop 2000/2000c Spectrophotometer: V1.0 User Manual. Retrieved from https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CAD/manuals/NanoDrop-2000-User-Manual-EN.pdf.

[34] Tsuji, S., Takahara, T., Doi, H., Shibata, N., & Yamanaka, H. (2019). The detection of aquatic macroorganisms using environmental DNA analysis – A review of methods for collection, extraction, and detection. Environmental DNA, 1(2), 99-108. doi: 10.1002/edn3.21.

[35] Ulyanov, V.A., Shamshidin, A.S., Beishova, I.S., Tleulenov, Zh.M., Ulyanova, T.V., Sidarova, A.Zh., Abylgazinova, A.T., Kovalchuk, A.M., Ginayatov, N.S., & Kyrykbayeva, Ye.E. (2023). Comparison of efficiency of methods for extraction of DNA from saiga biological materials. Science and Education, 1(3(72)), 144-159. doi: 10.52578/2305-93972023-3-1-144-159.

[36] Yevstafieva, V.А., Kravchenko, S.O., Gutyj, B.V., Melnychuk V.V., Kovalenko, P.N., & Volovyk, L.B. (2019). Morphobiological analysis of Trichuris vulpis (Nematoda, Trichuridae), obtained from domestic dogs. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 10(2), 165-171. doi: 10.15421/021924.

Antane, V., Sarybayev, Y., Osserbay, A., Shatmanov, K., & Baltakhozhayev, T. (2024). Spectrophotometric method for determining the quantity and quality of DNA in animal breeding. Scientific Horizons, 27(2), 31-42. https://doi.org/10.48077/scihor2.2024.31