核酸萃取

什麼是核酸萃取?

核酸萃取 (nucleic acid extraction)，又稱為核酸分離或核酸純化，是分子生物學 不可或缺的重要技術之一，同時也是分子診斷方法成功與否的關鍵步驟。通過這種技術可以將樣品中的核酸，如去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid, RNA) 分子進行分離、純化、濃縮。其基本原理是透過物理或化學方法，破壞樣品細胞的結構，如細胞核、細胞膜、核膜或細胞壁等，使得核酸分子被釋放出來，再進行後續的純化和濃縮等步驟，取得高純度的核酸分子。
萃取到的核酸分子，依分析目的不同，而可被使用於多種下游應用，如聚合酶連鎖反應、定量 PCR、基因定序、南方點墨法等。實際應用包含臨床病毒診斷及微生物檢測，如新型冠狀病毒檢測、敗血症的診斷等。

核酸萃取的流程及方法

核酸萃取依上述原理可歸納出其主要流程：

1. 破壞細胞 (cell disruption or lysis)
   利用裂解液 (lysis buffer) 和/或加熱破壞細胞膜及核膜等含有遺傳物質 的結構。
   裂解液通常含有 SDS，並可依目標樣品特性加入 (a)酵素，如蛋白酶 K 、(b)螫合劑 EDTA 或 (c)Tris buffer 等。
2. 分離及純化
   移除細胞溶解產物中的雜質，如脂質及蛋白質等。
3. 濃縮 / 沉澱
   初步純化後，仍會有些許雜質，因此可利用沉澱的方式，進一步純化、濃縮核酸分子，如酒精沉澱法等，並可藉此獲得高品質之核酸分子。

核酸萃取方法相當多元，可依目標分子、下游應用及通量選擇適合的萃取方法，下表列出幾種常見的萃取方法。

一次萃取大量樣品的最佳解：固相萃取

SPE 萃取是一種高效的核酸萃取方法，具有多項優勢。例如可取得高純度、高濃度、高產量的核酸分子，可處理微量樣品，萃取出的核酸分子適用於許多下游應用，能夠同時處理大量樣品，流程易於標準化，並能夠避免樣品被污染的疑慮等。
為因應實驗室需處理大量的樣品，市面上具有各式各樣的商業化核酸萃取檢測試劑套組可供使用。其中，最普遍使用的方法為純化管柱(spin column) 或 96 孔萃取盤，一般多使用二氧化矽 (silica) 做為固相材料。
利用 SPE 萃取核酸分子的基本流程如下：

1. 細胞裂解 (cell lysis)：樣品細胞加入裂解液 (lysis buffer) 破壞細胞膜等結構。
2. 核酸結合 (binding or adsorption)：核酸分子與固相材料結合，其它分子則會通過管柱，收集至離心管中再丟棄。
3. 洗滌 (washing)：加入洗滌液沖洗掉雜質及干擾物。
4. 沖堤 (elution)：利用沖堤液，例如水、TE buffer 或 Tris buffer 等低張液體 ，將結合在固相材料上的核酸分子，沖堤並收集至離心管中。

操作時過程中，每個步驟皆需進行高速離心，藉此加快液體通過固相材料的速度。然而，每次離心後皆需重覆以下步驟：取出樣品、倒除廢液、放回試管、加入試劑，較為耗時耗力。

使用真空動能進行核酸固相萃取

簡化流程，以真空動能取代傳統離心法，不需繁瑣的上機離心及置換廢液步驟。 節省時間，可快速且連續地純化樣品，特製的離心管放置板最高可同時處理 24 管樣品，加速純化效率。 一機多用，獨特的腔體及轉置板設計，適用於各式純化管柱及 96 孔過濾微孔盤。 WelVac 200 真空純化系統 WelVac 210 真空純化系統(含幫浦)
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核酸萃取常見應用

• 分子生物學研究：基因表達和調控 、基因突變
• 遺傳學研究：基因分型、基因定位、基因突變檢測、親子鑑定
• 疾病診斷：癌症檢測、病毒檢測、遺傳性疾病檢測、單核苷酸多型檢測
• 生物學研究：物種鑑定
• 刑事鑑定：指紋、黏膜、體液等 DNA 比對

參考文獻

• Chapter 7 – DNA extraction: finding the most suitable method, Molecular Microbial Diagnostic Methods, 2016
• Current Nucleic Acid Extraction Methods and Their Implications to Point-of-Care Diagnostics-Review Article, Hindawi BioMed Research International, 2017
• Nucleic Acids: A Guide to Spin Column Purification, BioEcho Life Sciences, 2022
• The Evolution of DNA Extraction Methods, American Journal of Biomedical Science & Research, 2020
• Overview of DNA Extraction Methods, AAT Bioquest