Способ длительного хранения молекул днк и упаковка для его осуществления

Способ длительного хранения молекул днк и упаковка для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к медицинской промышленности и касается способа длительного хранения молекул ДНК. Способ заключается в осуществлении после выделения и очистки ДНК любым подходящим способом, обычным или необычным, инкапсулирования молекул ДНК, предварительно обезвоженных, в герметичную нержавеющую металлическую капсулу в атмосфере, состоящей из одного или нескольких инертных газов и имеющей степень влажности меньше или равную 1 млн^-1 воды, или перед заключением в металлическую капсулу дополнительно проводят химическое инкапсулирование путем помещения в защитную оболочку из соответствующего полимера. Изобретение также включает упаковку для хранения ДНК, представляющую собой капсулу из ковкого металла. Преимущество изобретения заключается в возможности сохранения ДНК в течение нескольких десятков лет. 3 с. и 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), в частности, человеческого происхождения и имеет целью сохранить молекулу ДНК, которая является носителем характерных генов каждого индивидуума, то есть его генетической наследственности.

Более точно, изобретение нацелено на защиту генетической информации путем сохранения молекулы ДНК в течение как можно более продолжительного времени и в условиях сохранения целостности генетической информации. Это изобретение представляет большой интерес, в частности, для предсказательной медицины, для генетической генеалогии и идентификации.

Хотя молекула ДНК является относительно стабильной, археогенетические исследования показали, что в благоприятной окружающей среде она может сохраняться в течение миллионов лет, она может, между тем, быть разрушена за отсутствием хранения в такой окружающей среде.

Среди причин повреждения ДНК можно назвать воздействие ионизирующих излучений, таких как рентгеновское излучение или гамма-излучение, воздействие ультрафиолетовых лучей, окисление и ферментативный или химический гидролиз.

Настоящее изобретение имеет целью предложить способ хранения ДНК в окружающей среде, предохраняющей ее от последствий указанных воздействий.

С этой целью предметом изобретения является способ длительного хранения молекул ДНК, отличающийся тем, что он заключается в осуществлении после выделения и очистки ДНК любым подходящим способом, обычным или необычным, инкапсулирования молекул ДНК, предварительно обезвоженных, в герметичную нержавеющую металлическую капсулу.

Согласно первому методу осуществления способа ДНК инкапсулируют в атмосфере, состоящей из одного или нескольких инертных газов и имеющей степень влажности меньше или равную 1 млн^-1 воды.

Согласно второму методу осуществления способа перед указанным физическим инкапсулированием ДНК подвергают химическому инкапсулированию путем помещения в защитную оболочку из соответствующего (со)полимера.

Согласно варианту этого второго метода осуществления в целях усиленной защиты ДНК по отношению к ультрафиолетовым или ионизирующим излучениям химическое инкапсулирование осуществляют при помощи гибридного материала, состоящего из указанного (со)полимера, органических молекул и/или неорганических солей.

Предпочтительно, каков бы ни был метод осуществления способа, физическое инкапсулирование дополняется помещением указанной герметичной нержавеющей металлической капсулы в контейнер, устойчивый по отношению к ударам и сжатию.

Инкапсулированная таким образом ДНК под защитой от ионизирующих излучений, ультрафиолетовых излучений, химических воздействий и механических напряжений теоретически может быть сохранена в течение нескольких десятков тысяч лет.

Предметом изобретения являются также различные типы упаковок, полученные согласно способу, которые по форме представляют собой либо одну капсулу, либо капсулу, заключенную в защитную оболочку, называемую контейнером.

Внутри капсулы хранится количество ДНК, например 30 мкг, достаточное для осуществления существенного числа отбора проб в любой момент.

ДНК помещают непосредственно в капсулу или в стеклянную чашечку, вставленную в капсулу.

При каждом отборе пробы капсулу открывают, отбирают нужное количество ДНК, при этом остаток оставляют в капсуле и восстанавливают герметичную упаковку. В целях анализа изъятую ДНК затем вновь гидратируют.

Такая упаковка способна обеспечить долговечную сохранность генетической информации, которая находится под защитой, в частности, от окисления и ионизирующих и ультрафиолетовых излучений, а также от других химических или механических воздействий.

Другие характеристики и преимущества будут следовать из следующего ниже описания методов осуществления способа согласно изобретению, которое дано только в качестве примера, и параллельно из прилагаемого рисунка, на котором единая фигура схематически иллюстрирует структуру упаковки согласно изобретению.

Перед осуществлением изобретения ДНК выделяют и очищают.

Это может быть осуществлено любым методом, обычным или необычным. ДНК может быть выделена из любых клеток организма.

В качестве примера ДНК выделяют из крови или волосяных луковиц, клеток, происходящих из слюны, слизистой оболочки или клеток кожи. Затем осуществляют многостадийный процесс очистки, включающий в себя: дезагрегацию клеток, удаление протеинов путем ферментативного расщепления, изоляцию/выделение ДНК, амплификацию путем полимеризации, если необходимо, и хранение под защитой от повреждающих факторов.

Полученная таким образом ДНК находится в форме осадка в спирте.

Протокол, описанный выше, хорошо известен и может быть заменен любым другим способом, существующим или новым.

Затем согласно изобретению ДНК помещают в герметичную нержавеющую металлическую капсулу. Такое инкапсулирование, называемое физическим, осуществляют в атмосфере, состоящей из одного или нескольких инертных газов, таких как благородные газы, и имеющей очень низкую степень влажности предпочтительно меньше 1 млн^-1 воды, при этом указанная атмосфера находится при атмосферном давлении.

Это осуществляется, например, при помощи обычного сушильного шкафа.

Капсула, схематически представленная на фигуре 1 прилагаемого рисунка, представляет собой, например, золотую капсулу, состоящую из небольшой круглой кюветы, закрытой крышкой, закатанной при помощи пресса по периметру кюветы.

Диаметр золотой капсулы составляет, например, порядка 5 мм, а ее толщина составляет от 2 до 3 мм.

Герметичное соединение кюветы и ее крышки может быть осуществлено любым другим подходящим способом.

Золото является предпочтительным по причине его ковкости и таких его свойств, как устойчивость к окислению и незагрязнение ДНК. Как вариант может быть использован сплав на основе золота или платины.

Инкапсулирование проводят в сухой атмосфере, чтобы избежать гидролиза и окисления ДНК после закатки.

Количество ДНК, помещенное в капсулу, например около 30 микрограмм, является вполне достаточным для того, чтобы позволить провести существенное число различных отборов ДНК из капсулы во время ее хранения.

Такая упаковка может быть достаточной для того, чтобы обеспечить долговечную сохранность генетической информации в течение десятков и даже сотен тысяч лет при условии, разумеется, что указанная капсула остается целой.

Эта упаковка защищает ДНК, в частности, от:

- реакций химического или ферментативного гидролиза;

- разрывов, вызываемых ультрафиолетовыми излучениями или любым ионизирующим излучением, таким как рентгеновское излучение или гамма-излучение;

- окисления кислородом воздуха.

Предпочтительно и чтобы улучшить предохранение ДНК, капсулу 1, а именно указанную золотую капсулу, саму помещают в герметичный контейнер 2 из материала, обладающего хорошими механическими свойствами, таким образом, чтобы лучше защитить капсулу 1 от нежелательных механических воздействий, в частности вибраций, ударов и сжатия, или от любого другого нежелательного воздействия, например подъема температуры, и обычно таким образом, чтобы защитить указанную капсулу от воздействия окружающей среды, нормальной или ненормальной.

Контейнер 2 может быть типа небольшой коробки из двух частей 2а, 2б, склеенных или объединенных любым другим способом, чтобы обеспечить целостность и герметичность комплекта.

Контейнер 2 может быть изготовлен, например, из соответствующего материала, например керамического, композитного, металлического или полимерного.

Согласно другому методу осуществления способа согласно изобретению ДНК, приготовленную надлежащим образом, перед помещением в капсулу 1 подвергают инкапсулированию, называемому химическим.

Для этого в целях усиления защиты по отношению к повреждающим факторам ДНК покрывают защитной оболочкой из полимера или сополимера, инертного по отношению к ДНК, при этом молекулы ДНК находятся в безопасности в порах (со)полимера.

Материал для защитной оболочки выбирают таким образом, чтобы он мог быть впоследствии растворен для того, чтобы можно было извлечь молекулы ДНК.

Может подойти любой (со)полимер за исключением тех, которые подвергаются опасности взаимодействия с молекулой ДНК, тех, которые будут затруднять последующее повторное растворение ДНК, и тех, которые требуют для такого повторного растворения кислый растворитель, то есть имеющий рН меньше или равное приблизительно 4.

Такое химическое инкапсулирование можно осуществить, помещая надлежащим образом приготовленный материал ДНК, например комок ДНК, полученный осаждением, в раствор акриловой или полиакриловой кислоты в метиловом спирте.

Например, в 50 см³ метилового спирта растворяют 1 г акриловой или полиакриловой кислоты. Спирт медленно выпаривают до получения вязкого геля. Порцию ДНК объемом около 1 мм³ в форме суспензии в спиртовом растворе вводят в объем этого геля.

Все вместе сушат при 50°С до получения твердого блока, содержащего ДНК, который затем помещают в капсулу 1 в соответствии с процессом, изложенным выше, с той разницей, что больше нет необходимости действовать в сушильном шкафу, при этом поддерживают нейтральную атмосферу.

Впоследствии и в любой момент после открытия оболочек 1 и 2 ДНК может быть декапсулирована путем погружения блока на 1 час в этиловый спирт. Вновь получают порцию молекул, идентичную той, которая была получена в результате процесса очистки.

Согласно другому примеру, в котором используют другой (со)полимер, готовят раствор 1 г метилметакрилата или полиметилметакрилата в 50 см³ дихлорметана. Растворитель выпаривают до получения вязкого геля. Порцию ДНК объемом около 1 мм³ в форме суспензии в спиртовом растворе вводят в объем этого геля. Все вместе сушат при 50°С до получения твердого блока, содержащего ДНК, который затем помещают в капсулу 1 в тех же самых условиях, что и в предыдущем примере.

Впоследствии и в любой момент после открытия оболочек 1 и 2 исходная ДНК может быть регенерирована путем растворения (со)полимера в дихлорметане.

Согласно варианту таких химических инкапсулирований в целях лучшей защиты по отношению к ультрафиолетовым излучениям и ионизирующим излучениям (со)полимер ассоциируют с органическими молекулами и/или неорганическими солями. В частности, к сополимеру можно добавить ионы тяжелых металлов, однако при условии отсутствия опасности повреждения ДНК.

Согласно примеру 1 г акриламида или полиакриламида растворяют в 25 см³ дистиллированной воды. К раствору добавляют 50 мг ацетата меди и 50 мг ацетата цинка. Воду медленно выпаривают до получения вязкого геля. Порцию ДНК объемом около 1 мм³ в форме суспензии в спиртовом растворе вводят в объем этого геля. Все вместе сушат при 50°С до получения твердого блока, содержащего ДНК, который затем помещают в капсулу 1 в тех же самых условиях, что и в предыдущих примерах.

Необходимо отметить, что химическое инкапсулирование при помощи (со)полимера обладает тем преимуществом, что позволяет осуществлять полимеризацию в индивидуальных шариках, что делает более практичным последующие отборы ДНК, так как достаточно извлечь из капсулы один шарик, не прикасаясь к другим.

В качестве полимера, пригодного для использования согласно изобретению, можно также назвать агарозу.

Наконец, изобретение конечно не ограничивается методами осуществления, проиллюстрированными выше, но, напротив, покрывает все варианты, в частности, в том, что касается природы основных материалов, составляющих капсулы 1 или контейнеры 2, условий физического и химического инкапсулирования, природы (со)полимера для химического инкапсулирования и возможных добавок к нему, а также форм и размеров указанных капсул 1 или контейнеров 2.

Так, например, в одном из вариантов ДНК может быть нанесена на стеклянную чашечку, в частности, из натриево-кальциевого стекла, такую как чашечка 3, схематически изображенная на фигуре 2 прилагаемого рисунка.

ДНК прилипает к стеклу чашечки 3, которая может иметь в качестве примера диаметр 7 мм и высоту 1,2 мм, при этом указанная чашечка 3 герметично закрыта в капсуле 1.

Формула изобретения

1. Способ длительного хранения молекул ДНК, отличающийся тем, что он заключается в осуществлении после выделения и очистки ДНК любым подходящим способом, обычным или необычным, инкапсулирования молекул ДНК в герметичную нержавеющую металлическую капсулу, причем инкапсулирование осуществляют в неокисляющей безводной атмосфере, состоящей из одного или нескольких инертных газов и имеющей степень влажности меньше или равную 1 млн^-1 воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную капсулу помещают в герметичный контейнер, устойчивый по отношению к ударам и сжатию.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед инкапсулированием в металлическую капсулу ДНК помещают на стеклянную чашечку.

4. Способ длительного хранения молекул ДНК, отличающийся тем, что он заключается в том, что после выделения и очистки ДНК любым подходящим способом, обычным или необычным, в целях усиленной защиты ДНК по отношению к ультрафиолетовым и ионизирующим излучениям, ДНК подвергают химическому инкапсулированию путем помещения в защитную оболочку из соответствующего (со)полимера при помощи гибридного материала, состоящего из указанного (со)полимера, органических молекул и/или неорганических солей, при этом (со)полимер и возможные органические или неорганические добавки к нему растворяют в растворителе, который затем упаривают до получения вязкого геля, затем определенное количество ДНК в форме суспензии в спиртовом растворе вводят в объем указанного геля и все вместе сушат при соответствующей температуре до получения твердого блока, содержащего ДНК, и далее проводят физическое инкапсулирование, заключающееся в помещении ДНК в герметичную нержавеющую металлическую капсулу, причем химическое инкапсулирование осуществляют в неокисляющей и безводной атмосфере.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что гибридный материал состоит из указанного (со)полимера и ионов тяжелых металлов.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что указанную капсулу помещают в герметичный контейнер, устойчивый по отношению к ударам и сжатию.

7. Способ по одному из пп.4-6, отличающийся тем, что перед инкапсулированием в металлическую капсулу ДНК помещают на стеклянную чашечку.

8. Упаковка для хранения, полученная согласно способам по любому из пп.1, 4 и 5, отличающаяся тем, что она представляет собой капсулу из ковкого металла или металлического сплава, обладающую такими свойствами, как устойчивость к окислению и незагрязнение ДНК, герметично закрытую крышкой любыми подходящими способами, в частности закаткой.

9. Упаковка по п.8, более конкретно, предназначенная для осуществления способа по п.2 или 6, отличающаяся тем, что она заключена в контейнер из материала, выбираемого из группы, содержащей керамические материалы, композиты, металлы, полимеры.

10. Упаковка по п.8 или 9, более конкретно, предназначенная для осуществления способа по п.3 или 7, отличающаяся тем, что она содержит внутри металлической капсулы стеклянную чашечку, на которую помещена ДНК.

11. Упаковка по п.10, отличающаяся тем, что чашечка изготовлена из натриево-кальциевого стекла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2