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1质粒DNA作为生物药剂(尤其作为基因治疗和基因疫苗的载体)的意义和需求越来越大。质粒DNA作为一种新的非病毒转基因载体,优点是安全可靠、稳定、对外源基因的容纳量大、不会引起免疫系统反应及易于生产等。
随着基因治疗和DNA疫苗从实验室进入临床研究和批准上市,必须开发出一个经济、简单以及高重复性的质粒分离纯化生产工艺,使其质量达到临床应用的标准。近年来,国外针对生物药剂质粒DNA的分离纯化,开发了机械破碎、碱法裂解等工艺破碎细胞释放质粒,离心或过滤分离细胞碎片、变性蛋白和核酸,醋酸盐和聚乙二醇等澄清和浓缩质粒DNA提取液,反相色谱、离子交换色谱、分子筛色谱,三链DNA-亲和色谱纯化超螺旋质粒DNA等工艺。然而,这些方法耗时复杂,费用高,放大困难,并且市售吸附剂的种类和性能阻碍了色谱法纯化质粒DNA的应用。
反胶团萃取是近年发展起来的分离和纯化生物物质的新方法。它是表面活性剂分子溶于非极性溶剂中自发形成的纳米级聚集体,其中表面活性剂的极性头朝内而非极性头朝外与有机溶液接触。胶团内可溶解少量水而形成微型水池,蛋白质、核酸、氨基酸等生物分子溶解在其中,由于胶团的屏蔽作用,这些生物物质不与有机溶液直接接触,起到保护生物物质的活性的作用,从而实现生物物质的溶解和分离。目前反胶团萃取技术主要应用于萃取蛋白质、氨基酸和酶,有关这方面的研究已有大量文献报道。然而,利用该技术萃取核酸,目前国内外仍鲜见报道。反胶团技术与目前所用的昂贵的核酸制备技术(如色谱技术)相比,有很多优势,如高热力学稳定性、易放大、费用低、操作条件温和、萃取过程易精确控制、萃取剂可重新利用等。本文采用碱法裂解提取重组大肠杆菌中的质粒pUK21CMVβ1.2和pPhyt148,并利用新的反胶团体系—三辛基甲基氯化铵(TOMAC)/正戊醇/异辛烷以及双十六烷基二甲基溴化铵(2C16QA)/异辛烷/正戊醇萃取水相中的核酸,考察其萃取性能。
考察了不同萃取条件如:表面活性剂种类与浓度、离子种类与浓度、水相pH值、萃取时间等对质粒DNA萃取和反萃取的影响。结果表明,离子种类和浓度对质粒DNA的萃取和反萃取都有很大的影响。随着盐浓度增大,萃取率显著下降。同时考察了质粒DNA选择性的问题,确定反胶团的萃取和反萃取RNA以及DNA和RNA混合物的部分条件,以便找到DNA和RNA有效分离的最佳条件,实现二者的分离。
正向萃取时,当TOMAC浓度为40 mmol L-1,水相pH值8.0~10.0时,质粒pUK21CMVβ1.2和pPhyt148的萃取率最高分别可达到99.09%,97.5%,而大肠杆菌RNA的萃取率甚至达到了100%,相同萃取条件下,2C16QA反胶团体系萃取两种质粒DNA.的萃取率达到97.78%,97.47%。反相萃取时,离子浓度0.5 mol L-1,水相pH值4.0时,质粒pUK21CMVβ1.2和pPhyt148的反萃取率最高可达到100%,而大肠杆菌RNA的反萃取率却普遍低于70%。离子浓度对核酸的萃取和反萃取过程都有重要影响,通过合理调节水相中的离子浓度,可以实现DNA和RNA的分离。研究结果表明,TOMAC(三辛基甲基氯化铵)/异辛烷/正戊醇反胶团体系非常适合质粒DNA的萃取。