磁珠应用三——核酸提取

人类对核酸物质的了解始于1869年，这一年Friederich Miescher从白细胞的细胞核中分离出一种他称之为“核素”的化学物质，这是人类历史上第一次有目的地提取细胞内的核物质，然而当时采用的方法十分简单，仅仅是通过改变溶液的酸碱度，核酸便从酸性溶液中沉淀出来。这也是最早对核酸性质的描述，即是一种溶于碱性溶液，但不溶于酸性溶液的物质。

1953年，Watson和Crick阐明了DNA的结构，从此开启了分子生物学的元年。此后不久，出现了分离核酸的标准实验室程序。1958年，发现DNA半保留复制原理的Meselson和Stahl开创性地应用密度梯度离心法获得DNA。这种方法利用离心力场中各组分的浮力密度差不同的原理进行DNA纯化。由于铯离子（Cs）相对于水的密度更大，施加到CsCl溶液的超高离心力导致形成密度梯度。核酸在这个梯度上迁移，直到达到中性浮力，即等密度点。该方法具有以低成本提供非常纯的高产DNA的优点。

其它的液相纯化方法还包括经典的苯酚-氯仿法、CTAB法等。

但直到二十世纪90年代，DNA提取仍然是耗时、繁琐、低效率的操作。1989年，McCormick建立了一种用酚化的二氧化硅吸附去除蛋白质的基因组DNA提取方法。它类似经典的酚/氯仿提取法，即用酚化的二氧化硅酚代替酚，这是最早出现的固相吸附提取方法。相比起液相抽提，固相吸附法的优势很明显，因此传统的液相分离提取核酸方法逐渐被以固相吸附支持物为基础的新方法所取代。目前常见固相材料有硅胶、玻璃颗粒、硅藻土、阴离子交换载体等。但固相法通常需采取数次快速离心、真空抽滤等步骤来实现分离，而且对于样本需求量大，耗费样品较多，不便于高通量、自动化操作，严重限制了在临床基因诊断领域的应用。

理想的核酸提取方法应该满足以下4个条件：

1）灵敏、快速、简单、重复性好；

2）产物纯度较高，不影响后续步骤

3）环保、无毒害

4）无交叉污染风险

为了适应现代分子生物学检测实验高通量、高灵敏度、自动化操作的需要，磁珠法应运而生。第一个利用磁珠法提取DNA的并且在美国成功申请专利的商品化试剂出现在1998年。磁珠法先通过裂解细胞，将游离出来的核酸分子特异地吸附到磁性颗粒表面，而蛋白质、多糖等杂质则留在溶液中；在外加磁场的作用下，磁性颗粒与液体分开，弃除液体后，再经洗脱即得到纯化的核酸分子。

磁珠法利用了磁性颗粒活性基团在一定条件下可与核酸结合和解离的原理，尽可能地避免了提取过程中核酸的丢失，还能很好地去除标本中存在的干扰物质（如血红蛋白、胆红素及脂血等因素）影响，获得质量较高的核酸模板。随着磁珠法提取技术的发展，DNA提取才真正开始实现标准化、快速化和自动化。

而基于磁珠法提取的商业试剂盒也得到广泛应用。这种试剂盒不需要任何有机溶剂，无需重复离心，目前可以从全血、血清、血浆、唾液、尿液、粪便、脑脊液、组织和细胞中提取高质量的DNA和RNA，且耗时更短、回收率更高。最显著的优势是可以通过机械设备实现提取过程自动化和无人源干扰。

近年来分子诊断技术快速发展，随着基因测序等技术的成熟，成本进一步降低，在临床上的应用也越来越普遍。分子诊断检测的样本类型多达数十种，而处理后产物适用的检测项目也涵盖了荧光定量PCR、基因测序、基因芯片、生物质谱等各类分子生物学技术平台。然而，无论是哪一类检测项目，准确的检验结果无疑依赖于高质量的标本及标本前处理过程。因此临床分子诊断自动化趋势将逐步在国内临床实验室成为主导，而自动化首先将在目前手工操作较普及且对结果影响最大的核酸提取上实现。磁珠法提取试剂加自动核酸提取仪，就成为解决临床分子诊断样品前处理的完美组合。