Mikrobiomik

Die Biodiversität des Darms verstehen

Die Extraktion von Mikrobiom-DNA aus Stuhl- und Darmproben stellt eine besondere Herausforderung dar. Eine Lösung bietet ein neues DNA-Extraktionskit.

Die Extraktion von Mikrobiom-DNA aus Stuhl- und Darmproben stellt eine besondere Herausforderung dar. Eine Lösung bietet ein neues DNA-Extraktionskit. © Qiagen
Entnahmen von Stuhl und dem menschlichen Darm stellen einige der komplexesten Bioproben für die mikrobielle DNA-Isolierung dar, da sie beigemischte DNA und Inhibitoren enthalten, die die nachfolgende PCR-Amplifikation und NGS-Analyse stören. Es ist daher von großer Bedeutung die Methoden für die DNA-Extraktion aus solchen anspruchsvollen Proben zu verbessern. Optimierte Protokolle können helfen eine ausreichende Menge, Reinheit und Integrität der DNA und eine genaue Identifizierung der mikrobiellen Zusammensetzung und ihrer relativen Häufigkeit zu erreichen.1

Für Forscher, die die mikrobielle DNA-Ausbeute aus Darm- und Stuhlproben erhöhen wollen, ist das Qiaamp® Powerfecal® Pro DNA Kit2 von Qiagen eine mögliche Lösung: Er gewährleistet – im Vergleich zu den Qiagen-Kits der ersten Generation – eine effizientere Lyse und schnellere DNA-Extraktion. Dadurch werden höhere Ausbeuten mit weniger Rest-Inhibitoren erreicht (letztere würden die Downstream-Ergebnisse überdecken). 

Bild 1: Die DNA wurde aus Stuhlproben (200 mg) von drei Spendern mit handelsüblichen Probenvorbereitungslösungen und dem neuen QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit isoliert und verglichen. Die Erträge wurden durch fluorome­trische Quantifizierung (Qubit®) gemessen. © Qiagen

Für eine effiziente Lyse der in Stuhl- und Darmproben vorhandenen Mikroben wurden in dem Kit die erforderlichen chemischen Reaktionen und Lyse-Tubes optimiert. Durch die Kombination effektiver Lyseverfahren mit dem IRT-Schritt werden höhere Ausbeuten an hochwertiger DNA für nachgelagerte Next-Generation-Sequenzierungsanwendungen bereitgestellt (Bild 1). Forscher können die DNA-Extraktion weiter beschleunigen, indem sie den Kit auf dem Qiacube® automatisieren und so mehr Proben in kürzerer Zeit verarbeiten.

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Probendiversität offenlegen

Bild 2: Hochreine DNA isoliert mit dem neuen QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit. Stuhlproben (200 mg) wurden mit handelsüblicher Probenvorbereitungslösung oder dem neuen QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit hergestellt und verglichen. Die DNA-Reinheit wurde mittels UV-Spektrophotometrie gemessen und die Vergleiche der Verhältnisse A A260/A280 und B A260/A230 gezeigt. © Qiagen

Das Extrahieren von Mikrobiom-DNA aus Darm-, Stuhl- und Bodenproben wird häufig durch einen hohen Anteil an Substanzen wie Häme, Lipide und Polysaccharide erschwert, welche die wirkliche Menge an DNA verdecken und daher zu Ergebnissen führen können, die nicht der tatsächlichen Biodiversität entsprechen. Die Lösungen von Qiagen verwenden die patentierte Inhibitor-Removal-Technology (IRT), um Verunreinigungen von Proben zu entfernen, was zu einem A260/A280-Verhältnis von ca. 1,8 führt (Bild 2) .

Durch die Verwendung der hier vorgestellten Lösung lässt sich eine größere bakterielle Vielfalt mit erhöhten operativen taxonomischen Einheiten (OTUs) aus Stuhlproben im Vergleich zur ersten Generation und anderen kommerziell erhältlichen Kits identifizieren (Bild 3).

Zunehmende Anzahl an Forschungsarbeiten

Bild 3: Die aus Stuhlproben hergestellte DNA wurde mit verschiedenen Methoden isoliert und angereichert. Die Analyse der 16S rRNA-Gene erfolgte mit dem QIAseq® 1-Step Amplicon Kit und die Datenanalyse mit der Microbial Genomics Pro DNA Suite (CLC Workbench). Die Alpha-Diversität wurde durch die Gesamtzahl der bakteriellen OTUs (Operational Taxonomic Units) bestimmt. © Qiagen

„Das Verstehen der Interaktion zwischen Wirt und Mikrobiom besitzt das Potenzial, unsere Fähigkeit, die Gesundheit von Menschen, Tieren und der Umwelt zu verbessern, weiter zu erhöhen”, so Dominic O’Neil, Director of Microbiome Product Development bei Qiagen. „Allerdings gibt es über diese winzigen Gemeinschaften in und um uns noch sehr viel mehr zu lernen; noch immer wissen wir nicht genau, wie sie die Welt um uns beeinflussen. Durch die Entwicklung dieser Technologien versucht Qiagen Wissenschaftlern dabei zu helfen, diesen Wissensschatz zu vergrößern. Durch die Verbesserung von Wirksamkeit und Effizienz können Wissenschaftler ihre Zeit besser nutzen, entweder, um mehr Proben zu verarbeiten oder um die gewonnene DNA mithilfe von Next-Generation-Sequencing-Anwendungen zu analysieren. Das QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit wird eine bedeutende Komponente von Qiagens Mikrobiom-Workflow darstellen, der Homogenisierung, Automatisierung, Probenvorbereitung und Bioinformatiklösungen umfasst.“

Panek, M. et al. (2018) Methodology challenges in studying human gut microbiota – effects of collection, storage, DNA extraction and next generation sequencing technologies. Scientific Reports Volume 8, Article number: 5143.

2 Das QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit ist ausschließlich für Forschungszwecke bestimmt. Es ist nicht für die Diagnose, Prävention oder Behandlung von Krankheiten bestimmt.

AUTORIN

Heather Martinez
Associate Director, Global Marketing Microbiome, LS Portfolio Marketing
QIAGEN

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