Flashback: Kitchen Counter DNA Lab - 💡 Fix My Ideas

Flashback: Kitchen Counter DNA Lab

Flashback: Kitchen Counter DNA Lab


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Med vores Make: Science Room i fuld gang, er jeg mindet om baggårdets biologiske problem af MAKE. I bind 07 har vi artikler, der indeholder frysning og genoplivning af en havesnegle, hvordan man opretter et mykologi-laboratorium, planteplantning og bestøvning, hvordan man replikerer dit eget DNA og hjørnestenstykket, Dr. Shawn Carlsons artikel om, hvordan man ekstraher, rens og eksperimentere med DNA. Desværre kan du ikke længere få tilbage problemer med Volume 07 eller Next Year-boksættet, som det er en del af, men her er Dr. Shawns artikel fuldt ud for at få dine biologiske hjul til at dreje. Hvis du er abonnent, får du også fuld adgang til alle 20 tilbageproblemer af MAKE via vores digitale udgave. Og sørg for at gå ind i Make: Science Room for tonsvis af flere projekter, værktøjer og teknikker til baghaveforskere.

Kitchen Counter DNA Lab af Dr. Shawn

DNA er måske den mest ekstraordinære struktur i hele skabelsen. Dens berømte dobbelte helix er det længste molekyle, der er kendt og regulerer livsprocesserne i hver celle på Jorden. Endnu mere, den kode, som DNA bærer, er selve selve livets plan. Den menneskelige opskrift består for eksempel af ca. 3 milliarder molekylære informationstyper, der er lagt ud i en præcis sekvens. Måske forbinder denne mirakuløse snoede trappe direkte alle skabninger på Jorden til vores gamle og fælles fortid - langt tilbage til, da evolutionen først begyndte at forme de biologiske former, der i sidste ende ville fylde den verden, vi kender i dag. Ved at undersøge forskellene mellem DNA'et i vores kroppe og det i andre organismer, kan vi fortælle, hvornår vores art afviger fra chimpanser, aber og endog primordial fisk.

Egenskaberne ved dette massive molekyle er så mystiske og vidunderlige, at de fleste mennesker antager kun det oplyste præstedømme for laboratoriebiologer kan udtrække og studere det. Ikke så. Faktisk kan enhver udtrække, rense og eksperimentere med DNA derhjemme.

Når det frigives fra en celle, bryder DNA typisk op i filamenter. I opløsning har disse tråde en lille negativ elektrisk ladning, hvilket giver en meget nyttig kemi. For eksempel vil de mere negative sektioner af en DNA-streng være tilbøjelige til at tiltrække de mere positive områder af en anden. Dette får DNA molekyler til at klumpe sammen og falde ud af opløsningen. Men hvis salt tilsættes, tiltrækkes dets positive ioner til DNA'ets negative ladninger og neutraliserer dem effektivt. Dette stopper fragmenterne fra at klæbe og holder dem flydende i opløsning.

Så ved at kontrollere saltkoncentrationen kan enhver gøre DNA-fragmenter enten dispergeres eller klump sammen. Og deri ligger den kritiske hemmelighed at adskille DNA fra celler og manipulere det hjemme.

Isolering af DNA: Ekstraktion

Sådan fungerer det. For det første skal du bruge en salt opløsning, kaldet en buffer, i hvilket DNA kan opløse. Dernæst skal du åbne en masse celler og lade deres molekylære "tarm" se ud i din buffer. Derefter vil du tilføje et særligt enzym, der vil ødelægge uønskede molekyler, såsom proteiner, som ellers ville forurene dine resultater. Endelig skal du reducere saltkoncentrationen nok til at få DNA-molekylerne til at klumpe sammen og falde ud af opløsningen.

For bufferen:

Destilleret eller flaskevand (glas 1) 120 ml Salt 1,5 gram (¼ tsk) Bagepulver 5 gram (1 tsk) Væskevaskemiddel, opvaskemiddel eller shampoo (glas 2) ikke sæbe - kig efter natriumlaurylsulfat på etiketten, 5 ml (1 tsk) Knust is for at afkøle bufferen Kødmørtelanjer Ananasjuice, eller kontaktlinsens rengøringsopløsning bare en dukke

For en DNA-kilde: Alt med levende celler eller celler bevaret ved frysning, såsom frugt, grøntsager, bælgfrugter, svampe, kød fra slagterbutikken (en frosset ku-tunge fungerer godt!), Knoglemarv fra suppeben osv.

At ekstrahere DNA: Isopropyl (gnidning) alkohol (glas 3) uden tilsætningsstoffer og så koncentreret som muligt. Chill flasken i fryseren, inden du begynder.

Sundries: Et drikkeglas til at blande bufferen, lille smal glasbeholder (helst med lige vægge, et reagensglas er ideelt, men et skudglas vil gøre) for at ekstrahere DNA'et, smalt drikestrå for at tilsætte alkoholen, et gradueret testrør (eller en almindelig en og en linjal med en centimeter skala) for at måle DNA'et, glaskuglepinden holder sig for at fjerne DNA'et.

Trin 1: Bygg bufferen

Først skal du piske din buffer op. Hæld 120 ml (ca. 4 ounce) destilleret eller flaskevand i en ren glasbeholder. Tilsæt bordssaltet og bagepulver og omrør kraftigt. Efter at de er opløst fuldstændigt, rør det op. Shampoo og flydende vaskemidler, der indeholder natriumlaurylsulfat (tjek etiketten) fungerer godt.

Dernæst tilsæt kødmageren ved at sætte et tandstikker i stykker, indsætte det i kødmageren og overføre det til bufferen. Kødmager indeholder et enzym kaldet papain, der bryder op proteiner, så de ikke kommer ud med DNA'et. Ananasjuice og renseløsning til kontaktlinser indeholder også proteinbrudende enzymer, så du kan alternativt tilføje en dråbe af en af ​​disse 2 væsker.

Endelig, fordi DNA nedbrydes hurtigt (nogle gange i løbet af få minutter), vil du gerne sænke tempoet i ødelæggelsen ved at afkøle bufferen i et bad af knust is. Hvis bufferen bliver uklar, har du kølet det for meget. I så fald varme det lige nok til at rydde det.

Trin to: Få DNA'et

For en DNA-kilde skal du prøve pantryet. Du kan få gode resultater med råløg, hvidløg, bananer eller tomater. Men det er dit eksperiment; Vælg din egen personlige yndlingsfrugt, veggie, kød (frisk eller frossen) eller svamp.

Når du har sikret din DNA-kilde, skal du behandle cellerne for at ekstrahere deres organiske molekyler. Først skal du bruge en kniv til at terninger materialet i små stykker. Sæt materialet i en blender og hæld i lige nok destilleret eller flaskevand for at dække klumperne. Derefter bryde op (eller lyse, som biologer siger) cellerne ved at pulse bladene i korte udbrud, indtil du har blandet materialet i en slank masse. Dette vil rive åbne nogle af cellerne direkte og udsætte mange flere cellevægge og kerner til vaskemiddelets angreb.

Endelig skal du udtømme de organiske molekyler. Anbring 5 ml (1 tsk) af hakket mos i en ren beholder. Bland i 10 ml (2 tsk) af din kølede buffer. Skær forsigtigt i 2 minutter, og tarmene i de knuste celler adskilles i bufferen intakt. Hvis du rører for kraftigt, vil du opdele nogle af DNA'et.

Trin tre: Dump Gunk

Dernæst vil du adskille den faste gunk fra den molekylbelagte suppe. Dette gøres bedst med en centrifuge. Hvis du ikke har adgang til en, kan du altid bygge en selv fra en gammel køkkenblender. (For at lære hvordan, tjek "En køkkencentrifuge" på min Tail-kicking Downloads side scifair.org). Hvis du vælger denne rute, drejes ved lav hastighed i 2 minutter.

Hvis du ikke har en centrifuge, der ligger omkring og ikke ønsker at bygge en, er der enklere muligheder, såsom tåen på en gammel nylonstrømpe. Skær bare 6 inches fra foden, slip tåen i et rent drikeglas eller en krukke, stræk stoffet over åbningen og hæld din molekylære bouillon igennem. Stretchet klæber sig til glasset, og det fine mesh gør et vidunderligt filter.

Trin fire: Uddrag DNA'et

Når du har ekstraheret væsken fra gunken, skal du forsigtigt hælde mindst 5 ml (1 tsk) af væsken i en smal beholder, såsom et rent skudglas, klart plastikflaske eller reagensglas. (Hvis du bruger et skib, der er større end et reagensglas, skal du have mere væske. Brug nok til at fylde beholderen mindst en fjerdedel fuld.) Du er nu klar til at koaksere DNA-molekylerne for at holde sammen og falde ud af opløsningen.

Husk, at DNA'et kun suspenderes i bufferen, fordi saltioner forhindrer disse gigantiske negativt ladede molekyler i at stikke sammen. Nu er du klar til at reducere saltkoncentrationen nok til at lade DNA-molekylerne klumpe sammen og falde ud af opløsningen.

Fjern din kølet alkohol fra fryseren. Langs indersiden af ​​beholderen skal du omhyggeligt hælde omkring den samme mængde alkohol, som du har buffer, så alkoholen forsigtigt sætter sig på toppen af ​​din DNA-ladede buffer. For at gøre dette skal du dyppe et smalt drikestrå i alkoholflasken og derefter blokere toppen af ​​halmen med din finger for at fange lidt alkohol. Fjern strået, vipp glasset og rør spidsen til glasets inderside. Derefter skal du bare lade alkoholen strømme ned langs siden. Fordi alkoholen er mindre tæt end bufferen, vil den flyde ovenpå. Hvis du har en meget stabil hånd, kan du også gøre dette trin ved forsigtigt at dekantere alkoholen i beholderen ved at hælde opløsningen ned langs en blyant i beholderen.

Hvor de 2 væsker mødes, vises et gelatineholdigt slam pludselig. Det slam er DNA!

På dette tidspunkt skal du se 3 forskellige lag: alkoholen på toppen, DNA-slamet lige under det, og bufferen på bunden. DNA'et skal fremstå som snedige filamenter, der holder sammen. Hvis det i stedet virker som klumpede stykker af flydende affald, er der sket noget ved at bryde op molekylerne. Du kan stadig måle lydstyrken, men du kan muligvis ikke fjerne den til undersøgelse.

Buffer Banter

I laboratoriet bruger forskere ofte detergentnatriumdodecylsulfat eller SDS til at ekstrahere DNA fra celler. SDS er også almindeligt i shampoo og husholdningsopvaskemidler, hvor det hedder natriumlaurylsulfat.

Forskere bruger også bordsalt - ren natriumchlorid - uden tilsætningsstoffer. Morton ("Når det regner, hælder det") tilføjer calciumsilicat til sit saltmærke for at forhindre opskæring i høj luftfugtighed. Men for mange calcium (eller magnesium) ioner kan reagere på blonder din buffer med et hvidt "sæbskum", især hvis du bruger en sæbe frem for et rengøringsmiddel. Du kan bruge en flydende sæbe, men du skal bruge et salt uden calcium- eller magnesiumforbindelse tilsat (læs etiketten). Vandblødgøringssalte (både natriumchlorid og kaliumchlorid) fungerer godt. Ellers skal du bruge vaskemiddel og bordssalt.

Forskere bruger også destilleret vand, men flaskevand vil fungere fint. Brug kun vand fra vandet, fordi det er fyldt med uønskede ioner og (ofte) værre, chlor, der ødelægger DNA ved kontakt.

Farvning af DNA

Nogle farvestoffer binder direkte til DNA. Tilføjelse af en dråbe eller to til opløsningen vil plette det transparente slam, så du nemt kan se hele høsten. Den sikreste af disse til brug i hjemmet er methylenblå. Det er giftfri, og da det bruges til at behandle visse sygdomme i fisk, kan du finde det hos mange velassorterede akvarieforretninger. Det kommer som regel som en 2,3% løsning. Den korrekte DNA-plet er omkring en 1% opløsning, så du vil fortynde det ved at tilføje en lige mængde flaske eller destilleret vand.

Tager det videre: DNA-eksperimentering

Der er to typer eksperimenter, der er særlig nemme at gøre, og jeg anbefaler, at selv de mest eventyrlystne eksperimenter starter med en af ​​disse: opdager, hvor meget DNA der kan udvindes fra forskellige organismer under forskellige omstændigheder, og undersøger de betingelser, der forårsager DNA til nedbrydes.

Måling af mængden af ​​DNA, du har udtaget fra en prøve, kunne ikke være enklere. Først måles den indvendige diameter af din ligevæggede beholder, der holder DNA'et. Når du kender det nummer, må du blot måle tykkelsen af ​​slammet. Med disse oplysninger er det nemt at beregne mængden af ​​DNA, du har produceret: ligningen er V = ΠD2T / 4, hvor D er fartøjets indre diameter og T er tykkelsen af ​​laget af DNA slam. Derefter opdele volumenet af ekstraheret DNA ved enten volumenet eller massen af ​​det materiale, den kom fra. Den enkleste måde at gøre det på er at måle præcis, hvor meget mush du sætter i din buffer, og derefter behandle hele bufferen for at udtrække hvert skrot af det DNA, der lækkede i det. Hvis du har en nøjagtig skala, skal du veje din prøve, før du behandler den. Hvis ikke, skal du blot måle volumenet af materialet, inden du blander det.

Eksempel: Antag at du behandlede 5 g løg i 10 ml buffer og ekstraherede 1 ml DNA. Hvor meget DNA fik du fra hvert gram løg? Let! Bare divider hvad du fik ved, hvad du startede med: 1 ml DNA / 5 g løg = 0,2 ml / g.

Du kan også køre eksperimenter med selve DNA'et. Normalt er det første skridt at fjerne DNA-slammet. Det kræver lidt øvelse, men du kan gøre det ved at bruge et rent glas og en swizzle stick. Sæt forsigtigt pinden gennem lag af alkohol og hvirv det meget langsomt i samme retning, med spidsen suspenderet lige under toppen af ​​bufferopløsningen. Langere stykker DNA vil spole ind i glasset og efterlader mindre molekyler.

Efter et minut af hvirvlende trækker du langsomt omrøreren op gennem alkoholen. Dette vil gøre DNA'en klæbe til enden af ​​stokken, hvor den vil fremstå som en gennemsigtig, viskøs "snotlike" klump, der klamrer sig til spidsen.

Hvis du nu resuspenderer molekylerne i en frisk batch af puffer, kan du udsætte dem for kemikalier, sollys, temperaturer eller noget andet der kan ødelægge DNA'et. Lav en ny batch nøjagtigt som før, og chill det, men lad ikke være med at tilføje vaskemiddelet. Sænk swizzle-pinden og omrør forsigtigt i flere minutter, da DNA'et opløses i bufferen. Derefter opdeles bufferen lige i 2 rene glasbeholdere. Udsæt en - din testprøve - til den agent du ønsker at teste. Forlad den anden - din kontrol - alene. Derefter behandles begge så hurtigt som muligt og sammenligner mængden af ​​DNA, du kan ekstrahere fra hver buffer. Forskellen mellem volumenerne fra din test og kontrol er et mål for, hvor meget skade din agent gør på DNA.

Hvis dette lyder for nemt, skal du huske på, at DNA er skrøbelige ting, og det kan påvirkes af mange subtile ting, der kan undslippe din meddelelse. At opnå ensartede resultater kræver praksis, så sørg for at du varierer eksponeringen, og at dine plottede data viser en regelmæssig adfærd, før du trækker konklusioner.

Kold opbevaring: Det er faktisk nemt at gemme dit DNA til senere brug. Placer blot "snot pære," swizzle stick og alt i en beholder fyldt med iskold isopropylalkohol og sæt den i fryseren. Dit DNA vil forblive næsten for evigt.

Om forfatteren: Dr. Shawn (Shawn Carlson, Ph.D.) er en MacArthur Fellow og grundlægger og administrerende direktør for Society for Amateur Scientists. For at lære mere om samfundet, besøg sas.org.



Du Kan Være Interesseret

Denne uge i håndværk messer

Denne uge i håndværk messer


Rachel Hobson vinder stor i Hubble Contest

Rachel Hobson vinder stor i Hubble Contest


Opskrift: Huckleberry Muffins (eller Love Triumphs)

Opskrift: Huckleberry Muffins (eller Love Triumphs)


How-To: Bivoks Polsk

How-To: Bivoks Polsk