استخراج DNA از خون: روش‌ها، کاربردها و نکات مهم

استخراج DNA از خون یکی از مراحل حیاتی در تحقیقات زیست‌مولکولی، پزشکی ژنتیک، تشخیص بیماری‌ها و مطالعات قانونی است. در هر سلول خونی (به‌ویژه گلبول‌های سفید) مولکول DNA وجود دارد که اطلاعات ژنتیکی بدن را در خود ذخیره کرده است. استخراج دقیق و خالص DNA پایه و اساس بسیاری از آزمایش‌ها مانند PCR، تعیین توالی ژن، مطالعات جهش ژنتیکی، و تست‌های تشخیصی است.

در این مقاله، به‌طور جامع به تعریف، روش‌ها، مراحل و نکات کلیدی مربوط به استخراج DNA از خون می‌پردازیم و مزایا و معایب هر روش را با جزئیات فنی بررسی می‌کنیم.

DNA چیست و چرا استخراج آن از خون اهمیت دارد؟

DNA (دئوکسی‌ریبونوکلئیک اسید) مولکولی است که تمامی اطلاعات ژنتیکی موردنیاز برای رشد، عملکرد و بازسازی سلول‌ها را در خود دارد. ساختار DNA به‌صورت مارپیچ دوتایی است که از بازهای آدنین (A)، تیمین (T)، سیتوزین (C) و گوانین (G) تشکیل شده است.

استخراج DNA از خون به پژوهشگران و پزشکان اجازه می‌دهد تا به‌صورت مستقیم اطلاعات ژنتیکی فرد را بررسی کنند. این فرایند برای موارد زیر حیاتی است:

• تشخیص بیماری‌های ژنتیکی و ارثی

• بررسی جهش‌های ژنی در سرطان‌ها

• انجام تست‌های خویشاوندی (DNA Profiling)

• تحقیقات بیوتکنولوژی و فارماکوژنتیک

• مطالعات جمعیتی و ژنوم انسانی
  
  

روش‌های استخراج DNA از خون در آزمایشگاه

برای استخراج DNA از خون، روش‌های مختلفی وجود دارد که هرکدام بسته به هدف تحقیق، زمان، هزینه و امکانات آزمایشگاه انتخاب می‌شوند. در جدول زیر، مقایسه‌ای بین روش‌های متداول استخراج DNA از خون ارائه شده است:

استخراج DNA از خون به کمک فنول-کلروفرم

روش فنول-کلروفرم یکی از قدیمی‌ترین و دقیق‌ترین روش‌های استخراج DNA است. در این روش، سلول‌های خونی ابتدا لیز می‌شوند تا DNA آزاد گردد. سپس محلول‌های فنول و کلروفرم برای جدا کردن پروتئین‌ها و چربی‌ها از DNA به‌کار می‌روند. در نهایت، با استفاده از اتانول یا ایزوپروپانول، DNA رسوب داده شده و سپس خشک و در بافر TE نگهداری می‌شود.

این روش اگرچه دقت بالایی دارد، اما به دلیل استفاده از مواد سمی و زمان طولانی، امروزه در بسیاری از آزمایشگاه‌ها با روش‌های ایمن‌تر جایگزین شده است.

استخراج DNA از خون به کمک کیت‌های تجاری

کیت‌های استخراج DNA امروزه به‌صورت گسترده در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و بالینی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کیت‌ها معمولاً از ستون‌های سیلیکا یا ذرات مغناطیسی استفاده می‌کنند که DNA را از محلول نمونه جذب و سپس شسته و استخراج می‌کنند.

مزایای این روش عبارت‌اند از:

• سرعت و دقت بالا

• عدم نیاز به مواد خطرناک

• تکرارپذیری بالا

• مناسب برای نمونه‌های کوچک و بزرگ

کیت‌های شرکت‌هایی مانند Qiagen، Thermo Fisher و دناژن تجهیز از جمله گزینه‌های معتبر در بازار ایران و جهان هستند.

استخراج DNA از خون به کمک سانتریفیوژ و مواد بافر

در این روش، ابتدا گلبول‌های سفید خون به‌عنوان منبع اصلی DNA انتخاب می‌شوند، زیرا گلبول‌های قرمز انسان فاقد هسته‌اند. سلول‌ها با استفاده از بافر لیز‌کننده (lysis buffer) حاوی دترجنت‌ها و گاهی پروتئیناز K تخریب می‌شوند تا غشاهای سلولی و هسته‌ای شکسته و DNA آزاد شود. در ادامه، با انجام سانتریفیوژ در دور بالا، بقایای سلولی، پروتئین‌ها و سایر ترکیبات سنگین ته‌نشین شده و فاز رویی (آبی‌رنگ) که حاوی DNA محلول است، جدا می‌گردد.

برای خالص‌سازی بیشتر، معمولاً از الکل ایزوپروپانول یا اتانول سرد جهت رسوب دادن DNA استفاده می‌شود. رشته‌های DNA پس از رسوب‌دهی، شسته و مجدداً در بافر TE یا آب دی‌یونیزه حل می‌شوند. در سال‌های اخیر، برخی پژوهش‌ها نشان داده‌اند که افزودن مرحله‌ی RNase برای حذف RNA و استفاده از بافرهای حاوی نمک‌های گوانیدینیوم یا EDTA می‌تواند خلوص و پایداری DNA را افزایش دهد.

اگرچه این روش دستی و کم‌هزینه است و در بسیاری از آزمایشگاه‌های آموزشی یا تحقیقاتی استفاده می‌شود، اما به دلیل تماس مستقیم نمونه با محیط و تعدد مراحل، خطر آلودگی یا تخریب DNA بالاتر است. ازاین‌رو، در مطالعات جدید، جایگزینی روش‌های کلاسیک با کیت‌های ستونی سیلیکا یا ذرات مغناطیسی پیشنهاد می‌شود، زیرا این روش‌ها ضمن حفظ بازدهی بالا، خطر آلودگی متقاطع را کاهش داده و امکان اتوماسیون فرایند را فراهم می‌کنند.

استخراج DNA از خون به کمک Salting out

در روش Salting Out، از نمک‌هایی مانند کلرید سدیم (NaCl) یا استات آمونیوم برای رسوب دادن پروتئین‌ها و جداسازی DNA استفاده می‌شود. پس از لیز سلول‌های خونی، افزودن نمک باعث تجمع و ته‌نشینی پروتئین‌ها می‌شود، در حالی که DNA در محلول باقی می‌ماند. سپس با افزودن الکل سرد (اتانول یا ایزوپروپانول)، DNA رسوب کرده و پس از شست‌وشو و حل‌سازی در بافر مناسب، آمادهٔ استفاده می‌شود.

این روش به دلیل سادگی، هزینهٔ پایین و عدم نیاز به حلال‌های سمی، همچنان در بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی مورد استفاده است. بااین‌حال، پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند که غلظت و خلوص DNA حاصل از این روش معمولاً کمتر از روش‌های مبتنی بر ستون سیلیکا یا ذرات مغناطیسی است، به‌ویژه زمانی که نمونه‌های خون قدیمی یا با حجم کم به کار می‌روند.

استخراج DNA از خون به کمک دستگاه Automated DNA Extractor

دستگاه اتوماتیک استخراج DNA یکی از جدیدترین فناوری‌های آزمایشگاهی در حوزه ژنتیک مولکولی است که فرایند استخراج DNA را به‌صورت کاملاً خودکار، سریع و دقیق انجام می‌دهد. این دستگاه با بهره‌گیری از تکنولوژی ذرات مغناطیسی (Magnetic Beads Technology) و بازوهای رباتیک هوشمند، تمامی مراحل از لیز سلول‌ها تا خالص‌سازی نهایی DNA را بدون نیاز به مداخله انسانی انجام می‌دهد.

در مقایسه با روش‌های دستی سنتی، استفاده از دستگاه خودکار استخراج DNA نه‌تنها باعث افزایش بازده و خلوص نمونه می‌شود، بلکه خطر آلودگی متقاطع و خطای انسانی را نیز به حداقل می‌رساند. این ویژگی‌ها آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای آزمایشگاه‌های ژنتیک، مراکز تشخیص مولکولی، بانک‌های زیستی و مراکز تحقیقاتی تبدیل کرده است.

دستگاه‌های مدرن استخراج DNA معمولاً قابلیت کار با حجم‌های مختلف نمونه و انواع مایع‌های بیولوژیکی (از جمله خون، بزاق و سواب دهانی) را دارند. همچنین، امکان ذخیره و اجرای خودکار پروتکل‌ها باعث افزایش دقت و تکرارپذیری نتایج می‌شود. برای مشاهده مشخصات فنی، سرعت استخراج، ظرفیت نمونه و ویژگی‌های اختصاصی دستگاه، به صفحه دستگاه اتوماتیک استخراج DNA مراجعه کنید.

مزایای استفاده از Automated DNA Extractor:

• فرآیند استخراج را خودکار کرده و دخالت انسانی را به حداقل می‌رساند.

• خطر آلودگی متقاطع نمونه‌ها را کاهش می‌دهد.

• برای حجم‌های زیاد نمونه‌ها در مراکز تحقیقاتی و کلینیکی ایده‌آل است.

• نسبت به روش‌های دستی، زمان و هزینه عملیاتی را کاهش می‌دهد.

این دستگاه در بسیاری از مراکز بزرگ از جمله آزمایشگاه‌های ژنتیک و مراکز خون‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و شرکت دناژن تجهیز نیز از تولیدکنندگان معتبر آن در ایران است.

مراحل استخراج DNA از خون (گام‌به‌گام)

مراحل کلی استخراج DNA از خون شامل گام‌های زیر است:

1. جمع‌آوری نمونه خون: نمونه در لوله حاوی EDTA برای جلوگیری از لخته‌شدن جمع‌آوری می‌شود.

2. لیز سلولی: گلبول‌های سفید با محلول‌های لیز‌کننده تخریب می‌شوند تا DNA آزاد گردد.

3. جدا کردن پروتئین‌ها: از محلول‌های شست‌وشو یا فنول-کلروفرم برای حذف پروتئین‌ها استفاده می‌شود.

4. رسوب DNA: با افزودن اتانول یا ایزوپروپانول، DNA ته‌نشین می‌شود.

5. شست‌وشوی DNA: رسوب با اتانول 70 درصد شسته می‌شود تا ناخالصی‌ها حذف شوند.

6. خشک‌کردن و حل‌کردن DNA: DNA خشک‌شده در بافر TE یا آب مقطر حل می‌شود و برای آزمایش‌های بعدی نگهداری می‌گردد.

بهترین روش استخراج DNA از خون

استخراج DNA از خون یکی از مراحل کلیدی در تحقیقات ژنتیکی، تشخیص مولکولی و مطالعات پزشکی است. انتخاب روش مناسب برای استخراج، تأثیر مستقیمی بر کیفیت، خلوص و میزان DNA به‌دست‌آمده دارد. در حال حاضر، روش‌های مختلفی برای استخراج DNA از خون وجود دارد ،از روش‌های دستی مانند Salting Out و Phenol-Chloroform گرفته تا روش‌های نیمه‌خودکار و تمام‌خودکار که با استفاده از کیت‌های سیلیکا و دستگاه‌های اتوماتیک استخراج DNA انجام می‌شوند. انتخاب بهترین روش استخراج DNA از خون کاملاً به نوع پروژه، حجم نمونه، دقت مورد نیاز و امکانات آزمایشگاه بستگی دارد. در جدول زیر، می‌توانید مقایسه‌ای از مهم‌ترین روش‌ها از نظر هزینه، سرعت، خلوص و کاربرد مشاهده کنید:

در نهایت، انتخاب بهترین روش استخراج DNA از خون باید بر اساس نوع کاربرد، حجم نمونه، زمان در دسترس و دقت مورد نیاز انجام شود. اگر هدف، انجام آزمایش‌های تحقیقاتی عمومی یا آموزشی باشد، روش‌های دستی مانند Salting Out می‌توانند گزینه‌ای اقتصادی و قابل قبول باشند. اما برای پروژه‌های بالینی، غربالگری ژنتیکی، یا مطالعات با حجم بالای نمونه، استفاده از دستگاه اتوماتیک استخراج DNA بهترین انتخاب است، زیرا با حداقل دخالت کاربر، بیشترین خلوص، تکرارپذیری و سرعت را ارائه می‌دهد. به همین دلیل، بسیاری از آزمایشگاه‌های مدرن، روش‌های کلاسیک را با فناوری‌های جدید مبتنی بر ذرات مغناطیسی و سیستم‌های رباتیک جایگزین کرده‌اند تا دقت و بازده استخراج به حداکثر برسد. در مراکز مدرن، ترکیب فناوری دستگاه‌های خودکار دناژن تجهیز با کیت‌های استاندارد بهترین نتایج را ارائه می‌دهد.

خطاهای رایج در استخراج DNA از خون و راه‌های جلوگیری از آن

فرآیند استخراج DNA از خون اگرچه از نظر تئوری ساده به نظر می‌رسد، اما در عمل می‌تواند تحت‌تأثیر عوامل مختلفی قرار گیرد که بر خلوص، کمیت و پایداری DNA تأثیر منفی می‌گذارند. خطاهای کوچک در آماده‌سازی نمونه، انتخاب بافر یا انجام مراحل شست‌وشو، ممکن است منجر به آلودگی پروتئینی، تخریب DNA یا کاهش بازده نهایی شود. شناسایی این خطاهای رایج و آشنایی با روش‌های پیشگیری از آن‌ها نقش مهمی در بهبود کیفیت نتایج دارد. در جدول زیر، متداول‌ترین خطاهای استخراج DNA از خون و راهکارهای مؤثر برای جلوگیری از آن‌ها آورده شده است: 

1. آلودگی پروتئینی: استفاده از محلول‌های شست‌وشوی ناکافی باعث باقی‌ماندن پروتئین‌ها می‌شود.
   راه‌حل: تکرار مرحله شست‌وشو با بافرهای مناسب.

2. تخریب DNA: نگهداری طولانی‌مدت خون در دمای بالا یا استفاده از بافر ناپایدار باعث تخریب DNA می‌شود.
   راه‌حل: نگهداری نمونه‌ها در دمای 4 یا -20 درجه سانتی‌گراد.

3. خطای انسانی در مراحل شست‌وشو: انتقال اشتباه فازها یا استفاده نادرست از سانتریفیوژ موجب کاهش بازده DNA می‌شود.
   راه‌حل: استفاده از دستگاه‌های خودکار یا آموزش دقیق تکنسین‌ها.

کاربردهای استخراج DNA در پزشکی و تحقیقات ژنتیک

استخراج DNA از خون اساس بسیاری از پیشرفت‌های مدرن پزشکی و زیست‌مولکولی است. برخی از کاربردهای مهم عبارت‌اند از:

• تشخیص بیماری‌های ارثی: مانند تالاسمی، فیبروز سیستیک، و بیماری‌های متابولیک

• غربالگری ژنتیکی پیش از ازدواج یا بارداری

• تحقیقات سرطان و ژن‌درمانی

• شناسایی هویت و آزمایش‌های پزشکی قانونی

• مطالعات جمعیتی، اپیدمیولوژی ژنتیک و بیوانفورماتیک

جمع‌بندی نهایی

استخراج DNA از خون فرآیندی کلیدی در علوم زیستی و پزشکی مدرن است که دقت و کیفیت آن تأثیر مستقیمی بر نتیجه آزمایش‌های ژنتیکی دارد. استفاده از کیت‌های باکیفیت، محیط استریل، و تجهیزات استاندارد مانند دستگاه‌ خودکار Automated DNA Extractor شرکت دناژن تجهیز تضمین‌کننده استخراج DNA با خلوص بالا و بدون آلودگی است. برای پژوهشگران، انتخاب روش مناسب بسته به هدف پروژه و امکانات آزمایشگاه، کلید موفقیت در استخراج دقیق و مطمئن DNA است.