JPH0646857A - プラスミド、ファ−ジミドdnaの調製方法、及びその試薬キット - Google Patents

プラスミド、ファ−ジミドdnaの調製方法、及びその試薬キット

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JPH0646857A
JPH0646857A JP22796292A JP22796292A JPH0646857A JP H0646857 A JPH0646857 A JP H0646857A JP 22796292 A JP22796292 A JP 22796292A JP 22796292 A JP22796292 A JP 22796292A JP H0646857 A JPH0646857 A JP H0646857A
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dna
plasmid
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JP22796292A
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Inventor
Baikan Chiyou
バイカン チョウ
Masahiko Natori
正彦 名取
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Atto Corp
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Atto Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 遺伝子工学におけるDNA組換え実験のベク
ターとして利用されるプラスミドを、容易な操作で高収
率,高純度に、しかも安全性高く得ることができる新規
な方法を提供する。 【構成】 プラスミドを有する宿主細菌を懸濁した緩衝
液を凍結,融解した後、菌体膜分解酵素を添加し、次い
で加熱により菌体膜分解酵素を不活化した後固液分離し
て、上清中に前記閉環状二本鎖DNAを回収する第1の
工程と、この上清に陽イオン界面活性剤を加え、生じた
沈殿物を固液分離して回収する第2の工程と、この第2
工程で回収した沈殿物を塩化ナトリウム溶液に溶解させ
た後、エチルアルコールで再沈殿させ、生じた沈殿物を
固液分離して回収する第3の工程を順次に行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラスミド、ファージ
ミドDNAの調製に係わる。プラスミドDNAは、大腸
菌や枯草菌などの菌体内に存在するデオキシリボ核酸
(DNA)により構成されている自己複製が可能な核外
遺伝因子であり、遺伝子工学においてDNA組換え実験
のベクターとして利用されている。
【0002】
【従来の技術】従来、プラスミドDNAの大量調製は以
下の方法により、行われている。すなわち、閉環状二本
鎖プラスミドを保持している宿主を、界面活性剤を含ま
ない緩衝液に懸濁し、リゾチーム(菌体膜分解酵素)処
理後、塩化ナトリウム溶液とSDS(陰イオン界面活性
剤)を加え、溶菌する。さらにクロロホルム抽出(最小
2回)により水層に残存するフェノールを除去する。水
層中の核酸(染色体DNA、RNA、プラスミドDN
A)はエチルアルコールで沈殿させた後、TE緩衝液に
溶解し、含臭素エチジウム塩化セシウム密度勾配遠心分
離を2回行う。閉環状二本鎖プラスミドDNAを注射器
で採取し、イソプロピルアルコールで、共存する塩化エ
チジウムを抽出し、透析によりDNAを沈殿させ、風乾
後、TE緩衝液に溶解する。また最近、塩化セシウム密
度勾配遠心分離に代わり、樹脂やフィルターを用いる方
法が開発されているが、ミニプレップ調製には使用でき
るが、大量調製には適していない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のプラスミドDNAの大量調製には以下のような
欠点がある。
【0004】1.フェノールとクロロホルムにより除蛋
フェノールとクロロホルムは危険物、劇物であるため、
その取り扱い及び廃棄に十分な注意を要する。また抽出
を繰り返し行うため閉環状二本鎖プラスミドやファージ
ミドDNAにニックが生じ易く、減損も多くなり収量が
低下する。クロロホルム抽出が不十分な場合、残存フェ
ノールによる酵素類の失活が起こり、目的とするDNA
のサブクローニングや解析(制限酵素地図の作成、塩基
配列の同定など)を行うことができない。
【0005】2.リゾチーム,アルカリ,SDSによる
溶菌 開環状二本鎖プラスミドDNAの大量調製の場合、菌体
膜分解酵素(リゾチーム)とSDS(陰イオン界面活性
剤)の併用による溶菌が最も一般的に行われている。こ
の方法は比較的温和であるが、溶菌効率が悪い。アルカ
リ溶菌法ではリゾチーム処理後、NaOHとSDSを加
え、菌体膜を完全に破壊するため、溶菌効率は良いが染
色体DNAとRNAの混入が多い。NaOHの添加によ
りRNAの一部分は破壊されるが、閉環状二本鎖プラス
ミドDNAにも損傷を与えるため収量低下の原因とな
る。
【0006】3.塩化セシウム密度勾配遠心分離による
染色体DNAとRNAの除去 純粋な閉環状二本鎖プラスミドDNAを得るため、混入
染色体DNAやRNA、閉環状や直鎖状になったプラス
ミドDNAを除去する必要がある。一般には、含臭素エ
チジウム塩化セシウム密度勾配遠心分離法が用いられて
いる。通常、超遠心(30000rpm以上)で長時間
(水平ロータでは30〜36時間、垂直ロータでは12
〜15時間)の遠心分離が行われる。臭化エチジウムは
分離された閉環状二本鎖プラスミドDNAの所在を知る
ために添加されているが、発癌物質であるため、その取
り扱い及び廃棄に十分な注意を要する。
【0007】最近、フィルターやカラムによる除去法が
開発され、製品も市販されているが、吸着能力や分離能
力に限界があるため、閉環状二本鎖プラスミドDNAの
回収率が低く、染色体DNAとRNAが残留することも
ある。いずれの場合もミニプレップ調製には用いられる
が、大量調製には使用されていない。
【0008】以上列挙したように、従来の方法では染色
体DNAとRNAの混入が多く、閉環状二本鎖プラスミ
ドDNAのニッキングが起り易い。また、操作手順が煩
雑で、作業時間が長く、それに伴う閉環状二本鎖プラス
ミドDNAの減損も増加する。高純度、高収率の閉環状
二本鎖プラスミドDNAを得るには、ある程度の経験と
コツ(技能)が要求される。更に、危険物、劇物である
フェノール、クロロホルム、臭化エチジウムを用いてい
るため、操作中の取り扱い及び廃液には十分に注意し、
気を配る必要がある。
【0009】本発明者は、前記従来のプラスミドDNA
の調製法における問題点を解消し、制限酵素切断、制限
酵素切断後の再結合や外来DNA断片との結合、形質転
換、塩基配列の決定などに用いられる高純度の閉環状二
本鎖プラスミドやファージミドDNAを調製可能な方法
につき鋭意検討を重ねて、本発明を提供するものであ
る。
【0010】すなわち本発明の一つの目的は、フェノー
ル、クロロホルム、臭化エチジウム等の危険物,劇物を
使用する必要がなく、したがって作業者にとって安全
で、また生物に有害な廃液や廃棄物を生ぜず、廃棄物処
理のための設備等の負担軽減、周囲環境の汚染を防止で
きる新規なプラスミド、ファージミドDNAの調製方法
を提供することにある。本発明の別の目的の一つは、操
作方法は簡単で、初心者でも容易に操作でき、閉環状二
本鎖プラスミドやファージミドDNAを高収率で、再現
性よく得ることができる新規な方法を提供することにあ
る。また本発明の更に別の一つ目的は、本発明の方法を
実施する際に、これに使用する種々の緩衝液や、試薬類
を、各々必要十分量のみ各別々の容器に入れ、一組まと
めた試薬キットを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段及び作用】前記の目的を実
現する本発明方法の特徴の一つは、閉環状二本鎖DNA
を保持する大腸菌、枯草菌などの宿主細菌を懸濁した緩
衝液を凍結,融解した後、この液に菌体膜分解酵素を添
加し、次いで煮沸して菌体膜分解酵素を不活化した後、
一般的には遠心分離法により固液分離し、分離した上清
中に前記閉環状二本鎖DNAを回収する第1の工程、こ
の上清に陽イオン界面活性剤を加え、生じた沈殿物を固
液分離して回収する第2の工程、この第2工程で回収し
た沈殿物を塩化ナトリウム等のアルカリ金属塩溶液に溶
解させた後、エチルアルコール等の低級アルコールで再
沈殿させ、生じた沈殿物を固液分離して回収する第3の
工程、の第1〜第3の工程により閉環状二本鎖プラスミ
ドあるいはファージミドDNAを調製することにある。
【0012】前記第1の工程の操作は、凍結,融解の操
作と、菌体膜分解酵素の添加操作とを行うことにより、
菌体膜を部分的に効率よく破壊することができてプラス
ミドDNA等の収量は、上記操作を単独に行う場合に比
べて向上するため、大量調製に適しているが、少量調製
の場合にはこれらの操作のいずれかを行うようにしても
よい。この場合、前者の凍結,融解法は、後者に比べて
混入する宿主の染色体DNA量が少ないという利点があ
る。
【0013】前記の方法では更に、第2の工程と第1の
工程に間において、閉環状二本鎖DNAを回収した上清
にRNA分解酵素を添加して、この上清中に混入したR
NAを消化除去する中間工程を行うこともできる。
【0014】また本発明の特徴の一つは、閉環状二本鎖
プラスミドあるいはファージミドDNAを調製する際に
必要な試薬等を、その必要量を各別々の容器に入れて予
め準備した試薬キットを提供することにある。
【0015】以下本発明をその更に詳細に説明する。閉
環状二本鎖プラスミドあるいはファージミドDNAを保
持している宿主(大腸菌または枯草菌)を培養し、集菌
後、菌体を第一試薬で懸濁し、凍結させる。菌体はこの
状態で長期保存が可能であるので、必要に応じて菌体を
融解させプラスミドあるいはファージミドDNAの調製
をすることができる。第一試薬は、特に限定されない
が、界面活性剤(例えば、トリトン X−100)、D
NA分解酵素の活性を抑制するキレート剤(例えば、E
DTA)、浸透圧の違いによる急激な溶菌を防ぐための
ショ糖(シュクロース)又はクリセリン、緩衝剤(pH
6.6〜8.5の範囲に緩衝能を有する例えば、トリス
−塩酸)を含み、凍結,融解の操作等と共に、菌体膜を
部分的に破壊する。なお界面活性剤は0.1%以上、キ
レート剤は10mM以上とすることが良い。
【0016】この菌体膜の部分的破壊を増長させるため
の第二試薬(リゾチーム)を作用させ、加熱によりDN
A分解酵素を不活性化させ、溶菌を行う。加熱は、95
〜100℃で、30〜40秒程度行えばよいが、大量調
製の場合には90〜120秒程度行うことが好ましい。
この溶菌法によれば、菌体膜を部分的にしか破壊しない
ため、プラスミドやファージミドのような比較的小さな
分子は菌体外に溶出されるが、染色体DNAのような大
きな分子は溶出されず、菌体内に留まる。菌体外に溶出
されたプラスミドを、一般的には遠心分離(以下同様)
によって、破壊された菌体と分離して上清中に回収す
る。以上が本発明の第1の工程をなす。
【0017】次いで、得られた上清に必要に応じて第三
試薬(RNA分解酵素)を加え、混入RNAを消化除去
する中間工程を行う。
【0018】次いで、陽イオン界面活性剤を第四試薬
(例えばCTAB;臭化セチルトリメチルアンモニウ
ム)としてを添加し、目的物である核酸を沈殿させる。
CTABは低塩濃度の条件下では、選択的に核酸あるい
は酸性多糖類を沈殿させる性質がある。この性質を利用
することによって危険物・劇物であるフェノールとクロ
ロホルムを用いることなく蛋白質を除去し、効率よく目
的の閉環状二本鎖プラスミドまたはファージミドDNA
を沈殿させることができ、この沈殿を遠心分離法により
回収する。陽イオン界面活性剤をとしては、他に臭化テ
トラドデシルトリメチルアンモニウム、臭化ドデシルト
リメチルアンモニウム、臭化セチルピリジニウム、塩化
セチルトリメチルアンモニウム、塩化セチルピリジニウ
ム、塩化ドデシルピリジニウム等を用いることもでき
る。以上が本発明方法の第2の工程である。
【0019】遠心分離後に得られたCTAB沈殿物をい
ったん第五試薬(例えば塩化ナトリウム溶液)に溶解
し、低級アルコールにより再沈殿させて、前記のCTA
Bを除去する。再沈殿物は遠心分離法により回収する。
第五試薬としては塩化ナトリウムの他、酢酸ナトリウ
ム,酢酸アンモニウム,酢酸カリウム,塩化カリウム,
塩化リチウムなどを用いることもでき、また低級アルコ
ールとしては、エチルアルコール又はイソプロピルアル
コールが好ましく用いられる。以上が本発明方法の第3
の工程である。
【0020】遠心分離後に得られた高純度の閉環状二本
鎖プラスミドやファージミドDNAは一般に、風乾した
後、第六試薬(トリス−塩酸 EDTA(TE緩衝
液))に溶解する。
【0021】本発明の方法は、操作が非常に簡単で、所
要時間が短い(ミニプレップ法で約1時間、大量調製法
で約3時間)。しかも、多少のRNAが混在しても次の
実験に影響を及ぼさない場合、あるいは次の実験過程に
おいてRNAを除去することが可能である場合には、第
三試薬(RNA分解酵素)による前記中間工程の処理を
省略することができ、所要時間はさらに30〜40分間
短縮される。また本発明方法は、危険物・劇物試薬を一
切使用していないため、安全性が高い。菌体膜の破壊は
温和で。操作手順も少ないため、プラスミドやファージ
ミドDNAに与える損傷が少なく、高純度な閉環状二本
鎖DNAを得ることができる。また更に、従来の調製法
では、500mlの培養菌体液(pUCシリーズ、M1
3mpシリーズ、pBR322)より200〜300μ
gの閉環状二本鎖プラスミドやファージミドDNAしか
得られなかったのに対して、本発明の方法によれば、2
50mlの培養菌体液より、約1mgという高収率で閉
環状二本鎖プラスミドやファージミドDNAを得ること
ができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に説明す
るが、本発明がこの実施例に限定されるものではない。
【0023】実施例1CTABによるプラスミド、ファージミドDNAの大量
調製 1. プラスミド又はファージミドを保持している大腸
菌の単一コロニーを、5mlの含アンピシリン(50μ
g/ml)YT液体培地に植菌し、37℃で一晩振盪培
養を行い、前培養菌体溶液とした。 2. 前記前培養菌体溶液の2.5mlを、250ml
の含アンピシリン(50μg/ml)YT液体培地に植
菌し、37℃で8〜14時間振盪培養を行った。 3. 前記培養液を遠心分離(日立RPR10−2 ロ
ータ、10000rpm、4℃、5分)して菌体を得、
これを8mlのSTET緩衝液[50ml トリス−塩
酸(pH8.0)、50mM EDTA、0.1% ト
リトンX−100、8% シュクロース]に懸濁した
後、冷凍凍結した(液体窒素、−80℃フリーザ(ドラ
イアイスを使用してもよい))。 4. 凍結した菌体溶液を室温で融解し、100μlの
リゾチーム(100μg/ml)を加え、20〜30分
間室温に放置した。 5. 前記により融解した菌体溶液を、湯せんを用いて
2分間煮沸した。 6. 前記煮沸後の菌体溶液を遠心分離(日立RP55
Tロータ、30000rpm、4℃、30分)し、溶菌
した菌体を除いた。 7. 前記6の操作により得た上澄みに、25μlのR
Nase A(2mg/ml)を加え、37℃で40分
間加温した。 8. 更に、0.5mlの10%CTABを加え、素早
く混合した。 9. 前記7の処理後の液を遠心分離(日立RPR20
−2ロータ、15000rpm、4℃、10分)し、沈
殿(DNA)を集めた。 10. この沈殿を3mlの1.2M NaClに溶解
した。 11. 次に、7.5mlの冷エタノールを加えて混合
した。 12. 混合後、この液を−80℃に10分間放置し
た。 13. その後該液を遠心分離(日立RP20−2Tロ
ータ、15000rpm、4℃、10分)して、沈殿
(DNA)を集めた。 14. 得られた沈殿(DNA)を、室温で風乾した。 15. 前記14の処理後、得られたDNAを、3ml
のTE緩衝液[10mlトリス−塩酸(pH8.0),
1mM EDTA]に溶解させた。
【0024】以上により得られたプラスミドあるいはフ
ァージミドDNAの収量と純度を下記のように測定し
た。
【0025】プラスミドDNAの収量 分光光度計を用いて260nm(核酸の最大吸収)にお
ける吸光度を測定し、濃度を算出した(1OD260 =5
0μg/ml)。収量はDNA溶液の濃度と液量より算
出した。
【0026】プラスミドDNAの純度 プラスミドDNAの大きさ、形状(閉環状、開環状、直
鎖状)、染色体DNAとRNAの混入の程度等を知るた
めに、0.8%アガロースゲルを用いて電気泳動を行っ
た。試料は1μg(吸光度測定の結果より算出した量)
を用いた。分子量マーカーはλ−Hind III切断断片を使
用した。電気泳動の結果、全体の少なくとも95%がプ
ラスミドDNA(その少なくとも80%が閉環状)であ
った。ごく微量の染色体DNAの混入が確認されたが、
RNAの混入は確認されなかった。
【0027】形質転換 プラスミドDNAの形質転換は塩化カルシウム法を用い
て行った。DNA 1μgあたり5×105 〜106 コ
ロニーが得られた。
【0028】切断と再結合 1μgのプラスミドDNAを制限酵素(Eco RI,Hind I
II,Bam HI,Sma I ,Pst I )で切断し、アガロース電
気泳動または形質転換により確認した。形質転換の場
合、再結合によって4×104 〜105 コロニーが得ら
れた。
【0029】実施例2CTABによるプラスミド、ファージミドDNAのミニ
プレップ法 1. プラスミド(ファージミドであっても同様)を保
持する大腸菌の単一コロニーを、2〜5mlの含アンピ
シリン(50μg/ml)YT液体培地に植菌し、37
℃で一晩振盪培養を行った。 2. 前記による培養菌体溶液1.5mlを、1.5m
lの小遠心管(本例ではエペンドルフチューブを使用)
に移し、遠心分離[卓上遠心機、14000rpm、4
℃、30秒)し、得られた菌体を200μlのSTET
緩衝液(50mMトリス−塩酸(Ph8.0),50m
M EDTA,0.1% トリトンX−100,8%
シュクロース]に懸濁し、冷凍した(液体窒素、−80
℃フリーザ(ドライアイスを使用しても同様))。 3. 凍結した菌体溶液を室温で融解し、10μlのリ
ゾチーム(100μg/ml)を加え、5〜10分間室
温に放置した。 4. 前記により融解した菌体溶液を、湯せんを用いて
45秒間煮沸した。 5. 前記煮沸後の菌体溶液を遠心分離(卓上遠心機、
14000rpm、4℃、10分)した後、滅菌した爪
楊枝を用いて、溶菌した菌体を除いた。 6. 前記5の操作により得た上澄みに5μl(2μl
でもよい)のRNaseA(2mg/ml)を加え、3
7℃で30分間加温した。 7. 更に、0.5μlの10%CTAB(10μlの
5%CTAB)を加え、素早く混合した。 8. 前記7の処理後の液を遠心分離(卓上遠心機、1
5000rpm、4℃、10分)し、沈殿(DNA)を
集めた。 9. この沈殿を300μlの1.2M NaClに溶
解した。 10. 次に、750μlの冷エタノールを加えて混合
した。 11. 混合後、この液を−80℃に5分間放置した。 12. その後該液を遠心分離(卓上遠心機、1500
0rpm、4℃、10分)して、沈殿(DNA)を集め
た。 13. 得られた沈殿(DNA)を、室温で風乾した
(真空下での低速遠心による乾燥でもよい)。 14. 前記13の処理後、得られたDNAを40μl
のTE緩衝液[10mlトリス−塩酸(pH8.0),
1mM EDTA]に溶解させた。
【0030】
【発明の効果】本発明方法によれば、以下の効果を奏す
る。 使用する試薬類は危険物・劇薬を一切含まないので
保存がし易い。 操作方法も容易であるため、初心者でも安心して操
作でき、閉環状二本鎖プラスミドやファージミドDNA
を高収率で、再現性よく得ることができる。 特別な試薬類や機器類を必要とせず、短時間で制限
酵素切断、制限酵素切断後の再結合や外来DNA断片と
の結合、形質転換、塩基配列の決定などに用いられる純
度の高い閉環状二本鎖プラスミドやファージミドDNA
を調製することができる。 本発明の方法は、生物に有害な廃液や廃棄物を生じ
ないので、環境を害することがない。 試薬キットを使用することにより、試薬類を各々購
入して調製する必要がなくなる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉環状二本鎖DNAを保持する大腸菌、
    枯草菌などの宿主細菌を懸濁した緩衝液を凍結,融解す
    る操作、あるいは前記緩衝液に菌体膜分解酵素を添加す
    る操作の少なくともいずれかの操作を行った後、固液分
    離して上清中に前記閉環状二本鎖DNAを回収する第1
    の工程と、この上清に陽イオン界面活性剤を加え、生じ
    た沈殿物を固液分離して回収する第2の工程と、この第
    2工程で回収した沈殿物をアルカリ金属塩溶液に溶解さ
    せた後、低級アルコールで再沈殿させ、生じた沈殿物を
    固液分離して回収する第3の工程と、を備えたことを特
    徴とするプラスミド、ファージミドDNAの調製方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の第1の工程において、閉環状
    二本鎖DNAを保持する大腸菌、枯草菌などの宿主細菌
    を懸濁した緩衝液を凍結,融解する操作を行った後、該
    液に菌体膜分解酵素を添加する操作を行うことを特徴と
    するプラスミド、ファージミドDNAの調製方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、第3の工程で
    用いるアルカリ金属塩が、塩化ナトリウム,酢酸ナトリ
    ウム,酢酸アンモニウム,酢酸カリウム,塩化カリウ
    ム,塩化リチウムのいずれかであることを特徴とするプ
    ラスミド、ファージミドDNAの調製方法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2において、第3の工程で
    用いる低級アルコールが、エチルアルコール又はイソプ
    ロピルアルコールであることを特徴とするプラスミド、
    ファージミドDNAの調製方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかにおいて、第
    2の工程の前に、第1の工程で得た上清にRNA分解酵
    素を添加する中間工程を行うことを特徴とするプラスミ
    ド、ファージミドDNAの調製方法。
  6. 【請求項6】 閉環状二本鎖プラスミドDNAを保持す
    る宿主から閉環状プラスミドDNAを抽出調製するため
    に、請求項1乃至5のいずれかの方法で使用する緩衝
    液、菌体膜分解酵素、陽イオン界面活性剤、アルカリ金
    属塩溶液、低級アルコール、更に必要に応じてRNA分
    解酵素の各々の必要十分量を、各別々の容器に入れ、こ
    れらの容器を一組にまとめたことを特徴とする試薬キッ
    ト。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6043354A (en) * 1996-01-31 2000-03-28 Invitek Gmbh Method for the simultaneous isolation of genomic DNA and high-purity RNA

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US6043354A (en) * 1996-01-31 2000-03-28 Invitek Gmbh Method for the simultaneous isolation of genomic DNA and high-purity RNA

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