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一种土壤噬菌体提取富集的方法

阅读:181发布:2023-01-11

专利汇可以提供一种土壤噬菌体提取富集的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 土壤 中 噬菌体 提取富集的方法,首先将鲜土以一定比例与 柠檬酸 钾 缓冲液混合,放置于低温孵化一段时间,然后提取液将通过超声震荡处理从土壤颗粒中提取土壤噬菌体。土壤悬浊液经多次离心操作后取得上清液,经灭菌滤膜依次过滤除菌后,使用 切向流过滤 / 超滤 技术缩小滤液体积,进行噬菌体富集。使用聚乙二醇沉淀的方式回收噬菌体,低温放置过夜,第二天经离心、TE缓冲液溶解后再次过滤膜除菌,使用核酸酶消化样品中的杂质DNA和RNA。最终得到的浓缩液可以进行后续DNA提取及样品固定等操作。,下面是一种土壤噬菌体提取富集的方法专利的具体信息内容。

1.一种土壤噬菌体提取富集的方法,其特征在于包括以下步骤:按比例,将300g处理后的鲜土与1L 1wt.%柠檬酸缓冲液混合,放置于4℃低温孵化15分钟,使土壤样品分散,将其在浴环境下超声处理后,离心取上清,然后通过0.45μm和0.22μm无菌滤膜依次进行过滤除菌;除菌滤液使用切向流过滤技术进行浓缩后得到的噬菌体富集液,再使用聚乙二醇沉淀的方式回收噬菌体并用1×TE缓冲液重悬,再次过0.22μm无菌滤膜除菌后使用DNase I和RNase核酸酶降解样品中的游离DNA和RNA,去除宿主菌污染,最终得到噬菌体浓缩液。
2.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于所述鲜土去除杂质。
3.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于所述1%柠檬酸钾缓冲液每升含有:10g C6H5K3O7,1.92g Na2HPO4·12H2O,0.24g KH2PO4,pH=7。
4.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于超声处理具体方式为:冰浴超声处理3分钟,且每经过1分钟超声,都需将提取液从冰浴拿出,手动摇晃30s;超声条件为100 W,47 kHz。
5.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于经超声处理后的离心操作为:7000rpm离心10分钟取得上清液,将上清液转移至新鲜瓶中并再以7000rpm离心
15分钟。
6.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于富集噬菌体所使用的切向流过滤技术,使用膜包为:Sartorius Vivaflow50 30000MWCO PES膜,流速条件为:
200mL/min。
7.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于富集噬菌体所使用的切向流过滤技术需要将除菌滤液缩小体积至30mL。
8.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于所述富集液使用的聚乙二醇(PEG)沉淀回收噬菌体的具体方法为:加入固体氯化钠至富集液终浓度为0.5mol/L,搅拌使其溶解后冰浴1小时,冰浴后于4℃下8000rpm离心10分钟,收集上清;上清液加入固体PEG 8000至终浓度为10wt.%后,在室温下使用磁搅拌器搅拌至溶解,而后4℃过夜放置。
9.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于所述PEG沉淀后溶解所用的1 x TE缓冲液配方为:1M pH=8.0 Tris-HCl Buffer,1mL;0.5M pH=8.0 EDTA,
0.2mL;向烧杯中加入80mL的ddH2O均匀混合;将溶液定容到100mL后,高温高压灭菌;室温保存。
10.根据权利要求1所述土壤中噬菌体提取富集的方法,其特征在于核酸酶降解的具体方法为:将DNase I Buffer:DNase I: RNase按质量比20:2:1混合后,保证DNase I加入回收液的终浓度为20 U/mL,37℃酶消解30分钟后,70℃灭活10分钟。

说明书全文

一种土壤噬菌体提取富集的方法

[0001]

技术领域

[0002] 本发明属于土壤生物学领域,尤其涉及一种土壤中噬菌体提取富集的方法。
[0003]

背景技术

[0004] 侵染原核微生物的病毒被称为噬菌体,是目前已知自然环境中丰度最大的生物体;且由于土壤中原核微生物(细菌和古菌)的数量远大于真核生物,因此噬菌体是土壤中主要的病毒类群。噬菌体通过吸附、注入、增殖(复制与生物合成)、成熟(装配)和释放五个阶段,完成对宿主细菌的捕食,在土壤中发挥着重要作用:噬菌体裂解细菌,影响细菌生理代谢,从而影响生态系统中微生物的群落结构及多样性;细菌裂解后释放有机物将影响元素的生物地球化学循环;细菌DNA由于裂解释放到环境中或者被噬菌体转移,引起微生物遗传变异,推动微生物种群进化。因此,土壤噬菌体群落在生态系统中扮演着重要色。另外,由于噬菌体专性裂解细菌的特性,有关于噬菌体的研究工作多从实用角度出发,如在病原菌检测、控制生物膜污染、噬菌体疗法防治细菌性疾病或病害等方面,噬菌体均显现出巨大潜。然而,由于土壤环境的复杂性,大部分噬菌体被土壤颗粒吸附而固定,其他部分以溶原状态存在于寄主细菌中,只有极少部分噬菌体以游离状态存在,目前未有可靠的办法能够从土壤中高效地提取、富集噬菌体。因此研究高效、稳定地土壤噬菌体提取方法是进一步了解土壤环境生物结构功能,促进土壤噬菌体的研究、应用的必要保证。
[0005] 目前,针对噬菌体的研究,大多采用特定细菌靶向筛选出对应噬菌体的形式。其中,申请号:CN201610377461.X提供了一种快速筛选噬菌体的方法,该方法通过悬浊液过滤离心的方式获得噬菌体溶液,将细菌在固体平板上以划平行长线的方式接种后,再将噬菌体悬液以划平行短线的方式垂直于细菌长线接种,使细菌和噬菌体形成垂直交叉,所得培养皿置于生长条件下12-36小时之后,若在细菌和噬菌体的交叉处有裂解现象,则将板内对应的噬菌体再次与宿主菌混合扩大培养。但该技术的前提为细菌已被培养出,因此得到的噬菌体种类单一,不能展示土壤噬菌体群落的全貌;无法对不可培养细菌进行噬菌体筛选,也限制了实用性。
[0006] 通过专利检索,未发现有关提取、富集土壤噬菌体的方法公开发表和受理,与本发明最接近的现有技术是从粪便污泥中提取富集噬菌体的方法。申请号:CN201910280829.4提供了一种从好颗粒污泥中高效提取富集噬菌体的方法,该方法对污泥研磨后加入糖化解酶去除胞外聚合物、释放噬菌体,而后震荡提取、浓缩,得到噬菌体颗粒,污泥与土壤环境相比富含大量水分和胞外聚合物,胞外聚合物被水解后噬菌体可以很快释放到水相中;而土壤因缺少游离水和较强的静电吸附作用,必须选择添加合适的缓冲提取液将噬菌体转移至水相中。申请号:CN201810394101.X提供了一种从粪便中获得噬菌体的方法,其采用粪便和SM缓冲液混合后涡旋震荡的方式,将粪便中的噬菌体释放到缓冲液中,而后过滤、富集。而土壤由于所需样品量大、提取液用量多, 由于SM缓冲液中含有分子量为几万至十几万的明胶,使用起来将过膜困难,操作耗时耗力;且后期噬菌体富集过程中,采用100kDa超滤孔径会使大量土壤噬菌体通过滤膜,噬菌体获得率低。因此,这两种方法均不适用于土壤中的噬菌体提取与富集。
[0007]

发明内容

[0008] 解决的技术问题:本发明提供了一种土壤中噬菌体提取富集的方法,该方法可以有效地对土壤噬菌体进行提取,便于后续研究对土壤噬菌体群落的调查与利用。将超声后的土壤噬菌体浸提液过滤除菌、切向流与聚乙二醇沉淀进行富集,获得的噬菌体可以最大化展示土壤噬菌体群落全貌,是一种操作简便且准确的方法。
[0009] 技术方案:一种土壤中噬菌体提取富集的方法,包括以下步骤:按比例,将300g处理后的鲜土与1L 1wt.%柠檬酸缓冲液混合,放置于4℃低温孵化15分钟,使土壤样品分散,将其在浴环境下超声处理后,离心取上清,然后通过0.45μm和0.22μm无菌滤膜依次进行过滤除菌;除菌滤液使用切向流过滤技术进行浓缩后得到的噬菌体富集液,再使用聚乙二醇沉淀的方式回收噬菌体并用1×TE缓冲液重悬,再次过0.22μm无菌滤膜除菌后使用DNase I和RNase核酸酶降解样品中的游离DNA和RNA,去除宿主菌污染,最终得到噬菌体浓缩液。
[0010] 优选的,上述鲜土去除杂质。
[0011] 优选的,上述1%柠檬酸钾缓冲液每升含有:10g C6H5K3O7,1.92g Na2HPO4·12H2O,0.24g KH2PO4,pH=7。
[0012] 优选的,超声处理具体方式为:冰浴超声处理3分钟,且每经过1分钟超声,都需将提取液从冰浴拿出,手动摇晃30s;超声条件为100 W,47 kHz。
[0013] 优选的,经超声处理后的离心操作为:7000rpm离心10分钟取得上清液,将上清液转移至新鲜瓶中并再以7000rpm离心15分钟。
[0014] 优选的,富集噬菌体所使用的切向流过滤技术,使用膜包为:Sartorius Vivaflow50 30000MWCO PES膜,流速条件为:200mL/min。
[0015] 优选的,富集噬菌体所使用的切向流过滤技术需要将除菌滤液缩小体积至30mL。
[0016] 上述富集液使用的聚乙二醇(PEG)沉淀回收噬菌体的具体方法为:加入固体氯化钠至富集液终浓度为0.5mol/L,搅拌使其溶解后冰浴1小时,冰浴后于4℃下8000rpm离心10分钟,收集上清;上清液加入固体PEG 8000至终浓度为10wt.%后,在室温下使用磁力搅拌器搅拌至溶解,而后4℃过夜放置。
[0017] 上述PEG沉淀后溶解所用的1 x TE缓冲液配方为:1M pH=8.0 Tris-HCl Buffer,1mL;0.5M pH=8.0 EDTA,0.2mL;向烧杯中加入80mL的ddH2O均匀混合;将溶液定容到100mL后,高温高压灭菌;室温保存。
[0018] 上述核酸酶降解的具体方法为:将DNase I Buffer:DNase I: RNase按质量比20:2:1混合后,保证DNase I加入回收液的终浓度为20 U/mL,37℃酶消解30分钟后,70℃灭活
10分钟。
[0019] 本发明的工作原理是:1、大部分土壤噬菌体都被土壤结构吸附固定。首先,土壤环境噬菌体体积微小,一般都在0.2微米以下,这意味着噬菌体比其他生物更容易在土壤微孔结构中生存;其次,因噬菌体蛋白质外壳上的基团可电离,可与土壤有机质、矿物质等发生静电作用而被吸附在固体表面。因此土壤性质会很大程度影响噬菌体在土壤中的吸附状况,使用纯水作为提取剂效果不佳。目前使用的多种人工提取剂,如肉浸膏溶液、甘酸溶液、焦磷酸钠溶液、柠檬酸钾溶液等,都可用来对土壤噬菌体进行分离。其中提取自然土壤噬菌体颗粒数效率最高的是1%柠檬酸钾缓冲液,且无机盐类溶液对后续提纯、浓缩、荧光计数步骤等不会造成阻碍。冰浴下短暂超声,使土壤噬菌体最大程度脱离土壤微孔结构释放到液相中,且不对活性造成负面影响。2、尽管大量土壤样本量与改进后的物理化学方法已经提高了从土壤基质中释放噬菌体颗粒的效率,但获得的噬菌体颗粒浓度仍不足以进行后续对土壤噬菌体的分析与应用。切向流是一种流动方向横切于过滤面的超滤技术,与传统死端过滤相比,切向流过滤技术的液体流动方向使它在滤膜表面产生剪切力,不易堵塞滤孔,可保证稳定的过滤速度,适合大规模样品的处理。通过切向流过滤,噬菌体悬液可以从几升体积浓缩至几百甚至几十毫升,极大提高了噬菌体富集液浓度。通常切向流过滤技术富集噬菌体的截流分子量为30至100kDa,截流分子量越大,膜孔径越大,噬菌体富集液越纯净,但噬菌体截留效率越低。因此,选择30kDa截流分子量,可以保证最大化截流噬菌体。3、通过切向流超滤之后,噬菌体富集液往往需要进一步浓缩和提纯,利用聚乙二醇破坏蛋白质外壳表面的水化层,使噬菌体发生沉淀,后用TE缓冲液进行重悬至1 2毫升,对噬菌体~
进行纯化并再度缩小体积,便于进行后续操作。
[0020] 有益效果:本方法针对土壤噬菌体,提供了一种土壤噬菌体分离、提取、富集的方法。其具有的主要优点是: 1、缓冲液提取、冰浴超声震荡处理能最大程度地从土壤中释放噬菌体,还原土壤噬菌体群落全貌;2、切向流过滤技术处理大体积噬菌体悬液,节省人力,富集效率高;3、切向流技术与聚乙二醇沉淀噬菌体获得最终体积富集液的双富集步骤,大大提高噬菌体溶液终浓度与纯度,操作简便、仪器易得;4、最终得到的噬菌体富集液便于土壤噬菌体DNA提取、拍摄电镜和保藏固定等后续研究工作。该发明为分离、提取、富集土壤中的噬菌体提供了可靠、简易的操作方法,对于土壤噬菌体群落结构与功能及生态作用的研究工作具有良好的操作前景。
[0021]附图说明
[0022] 图1为土壤噬菌体提取、富集方法操作步骤图;图2为使用本方法后对宿主菌污染的PCR检验图(以南通土为例);
图3为使用本方法对不同性质土壤进行噬菌体提取富集后核酸提取结果图;
图4为本方法中切向流过滤技术使用装置示意图。

具体实施方式

[0023] 以下具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案,凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1  草地土壤进行土壤噬菌体提取与富集的方法
在南京农业大学校内采集草地土(共三个样品,编号草地-1、草地-2、草地-3),于4℃下运回实验室。土壤中植物根系、石子等杂质去除后,将300g土壤样品与1L 1%柠檬酸钾缓冲液混合,柠檬酸钾缓冲液每升含有:10g C6H5K3O7,1.92g Na2HPO4·12H2O,0.24g KH2PO4,pH=
7,放置于4℃低温孵化15分钟,使土壤样品分散,将其在冰浴环境下进行短暂超声处理,过程具体为:每经过1分钟超声,都需将提取液从冰浴拿出,手动摇晃30s;超声总时间为3分钟,超声条件为100 W、47 kHz。由于土壤质地较细、不易离心,遂使用8000rpm离心10分钟取得上清液,将上清液转移至新鲜瓶中并再以8000rpm离心15分钟,然后通过0.45μm和0.22μm无菌滤膜依次进行过滤除菌。除菌滤液使用切向流过滤技术进行浓缩,将1L除菌浸提液体积缩小至约30mL,切向流过滤技术所使用膜包为:Sartorius Vivaflow50 30000MWCO PES膜,流速条件为:200mL/min。噬菌体富集液后,使用聚乙二醇沉淀的方式回收噬菌体:先加入固体氯化钠至富集液终浓度为0.5mol/L,搅拌使其溶解后冰浴1小时;于4℃下8000rpm离心10分钟,收集上清;上清液加入固体PEG 8000至终浓度为10%后,在室温下使用磁力搅拌器慢慢搅拌至溶解, 4℃过夜放置;第二天离心液体,得到噬菌体颗粒沉淀,用1 2mL的1×~
TE缓冲液溶解沉淀。(1×TE缓冲液配方为:1M pH=8.0 Tris-HCl Buffer,1mL;0.5M pH=8.0 EDTA,0.2mL;向烧杯中加入80mL的ddH2O均匀混合;将溶液定容到100mL后,高温高压灭菌,室温保存);再次过0.22μm无菌滤膜除菌后加入DNase I Buffer:DNase I:RNase质量比=
20:2:1混合,保证DNase I加入回收液的终浓度为20 U/mL。37℃酶消解30分钟、70℃灭活10分钟,去除宿主菌污染,最终得到浓缩液。将浓缩液进行噬菌体核酸试剂盒进行DNA提取,取
1μL提取液使用Qubit荧光定量计进行DNA浓度测定,测定浓度显示为:2.16、5.71、2.33 ng/ μL。后续可随机扩增后建库测序,得到土壤噬菌体群落结构等信息。
[0024] 实施例2  铬污染土壤进行土壤噬菌体提取与富集的方法各试剂配方同实施例1,在四川省泸州市某铬渣污染场地(共两个样品,编号泸州-1、泸州-2)和甘肃省张掖市某铬渣污染场地(共一个样品,编号张掖-1)取得铬污染土壤,将污染土进行去杂质处理后,将300g土壤样品与1L1%柠檬酸钾缓冲液混合,放置于4℃低温孵化15分钟,使土壤样品分散,将其在冰浴环境下超声处理,超声过程具体为:每经过1分钟超声,都需将提取液从冰浴拿出,手动摇晃30s;超声总时间为3分钟,超声条件为100 W、47 kHz。
7000rpm离心10分钟取得上清液,将上清液转移至新鲜瓶中并再以7000rpm离心15分钟,然后通过0.45μm和0.22μm无菌滤膜依次进行过滤除菌。除菌滤液使用切向流过滤技术进行浓缩,将1L除菌浸提液体积缩小至约30mL, 切向流过滤技术所使用膜包为:Sartorius Vivaflow50 30000MWCO PES膜,流速条件为:200mL/min。噬菌体富集液后,使用聚乙二醇沉淀的方式回收噬菌体:先加入固体氯化钠至富集液终浓度为0.5mol/L,搅拌使其溶解后冰浴1小时;于4℃下8000rpm离心10分钟,收集上清;上清液加入固体PEG 8000至终浓度为10%后,在室温下使用磁力搅拌器慢慢搅拌至溶解, 4℃过夜放置;第二天离心液体,得到噬菌体颗粒沉淀,用1 2mL的1×TE缓冲液溶解沉淀。再次过0.22μm无菌滤膜除菌后加入DNase I ~
Buffer:DNase I:RNase质量比=20:2:1混合,保证DNase I加入回收液的终浓度为20 U/mL。
37℃酶消解30分钟、70℃灭活10分钟,去除宿主菌污染,最终得到浓缩液。将浓缩液进行噬菌体核酸试剂盒进行DNA提取,取1μL提取液使用Qubit荧光定量计进行DNA浓度测定,测定浓度均值为:0.84、0.31、1.1ng/ μL。后续可随机扩增后建库测序,得到土壤噬菌体群落结构等信息。
[0025] 实施例3 农药污染土壤进行土壤噬菌体提取与富集的方法各试剂配方同实施例1,在在江苏南通市青阳镇某农药污染场地进行样品收集,场地前身为农药厂,因长年生产使该地土壤具有不同程度农药污染。采集污染程度较轻的不同污染程度土壤(共六个样品,编号为:南通-1、南通-2、南通-3、南通-4、南通-5、南通-6)在
4℃条件下送回实验室。将土壤进行去杂质处理后,将300g土壤样品与1L1%柠檬酸钾缓冲液混合,放置于4℃低温孵化15分钟,使土壤样品分散,将其在冰浴环境下超声处理,超声过程具体为:每经过1分钟超声,都需将提取液从冰浴拿出,手动摇晃30s;超声总时间为3分钟,超声条件为100 W、47 kHz。7000rpm离心10分钟取得上清液,将上清液转移至新鲜瓶中并再以7000rpm离心15分钟,然后通过0.45μm和0.22μm无菌滤膜依次进行过滤除菌;除菌滤液使用切向流过滤技术进行浓缩,将1L除菌浸提液体积缩小至约30mL, 切向流过滤技术所使用膜包为:Sartorius Vivaflow50 30000MWCO PES膜,流速条件为:200mL/min。噬菌体富集液后,使用聚乙二醇沉淀的方式回收噬菌体:先加入固体氯化钠至富集液终浓度为0.5mol/L,搅拌使其溶解后冰浴1小时;于4℃下8000rpm离心10分钟,收集上清;上清液加入固体PEG 
8000至终浓度为10%后,在室温下使用磁力搅拌器慢慢搅拌至溶解, 4℃过夜放置;第二天离心液体,得到噬菌体颗粒沉淀,用1 2mL的1×TE缓冲液溶解沉淀。再次过0.22μm无菌滤膜~
除菌后加入DNase I Buffer:DNase I:RNase质量比=20:2:1混合,保证DNase I加入回收液的终浓度为20 U/mL。37℃酶消解30分钟、70℃灭活10分钟,去除宿主菌污染,最终得到浓缩液。将浓缩液进行噬菌体核酸试剂盒进行DNA提取,使用Qubit荧光计进行DNA浓度测定,测定浓度显示分别为:0.81、0.72、0.72、0.76、0.93、1.65ng/ μL ,后续可随机扩增后建库测序,得到土壤噬菌体群落结构等信息。
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