آگارز (Agarose)

تاریخچه

استفاده از آگارز در بیولوژی مولکولی را می توان به دهه 1950 ردیابی کرد، زمانی که دانشمندان برای اولین بار کشف کردند که آگار، یک ماده ژلاتینی مشتق شده از جلبک دریایی، می تواند به عنوان یک عامل جامد کننده برای محیط های میکروبیولوژیکی استفاده شود. در سال‌های بعد، محققان شروع به آزمایش با انواع مختلف آگار کردند و دریافتند که آگارز، شکل بسیار خالص آگار، می‌تواند به عنوان ماتریسی برای جداسازی و تجزیه و تحلیل مولکول‌های زیستی استفاده شود.

اولین کاربرد آن در زیست شناسی مولکولی در توسعه الکتروفورز ژل بود، تکنیکی که برای جداسازی اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها بر اساس اندازه و بار آنها استفاده می شد. در سال 1959، آرتور تیسلیوس، بیوشیمیدان بریتانیایی، از روشی به نام الکتروفورز کاغذی برای جدا کردن پروتئین ها در ژل ساخته شده از استات سلولز استفاده کرد. مدت کوتاهی پس از آن، محققان شروع به آزمایش با انواع دیگر ژل ها، از جمله آگارز کردند که مزایای متعددی نسبت به استات سلولز داشت، مانند وضوح بالاتر و انعطاف پذیری بیشتر.

از آن زمان، آگارز به یکی از پرکاربردترین مواد در زیست شناسی مولکولی تبدیل شده است، با کاربردهای مختلف از توالی یابی DNA و کلونینگ تا خالص سازی و تجزیه و تحلیل پروتئین.

انواع متفاوت

این ماده در چندین نوع مختلف موجود است که هر کدام برای برآوردن نیازهای تحقیقاتی خاصی طراحی شده اند. رایج ترین انواع آن مورد استفاده در زیست شناسی مولکولی عبارتند از:

• آگارز با نقطه ذوب پایین: این نوع آگارز نقطه ذوب پایین تری نسبت به نوع معمولی آن دارد و معمولاً در کاربردهایی که نیاز به ذوب ژل پس از الکتروفورز دارند استفاده می شود. آگارز با نقطه ذوب پایین اغلب در استخراج و کلونینگ DNA و همچنین در تهیه پروب های DNA استفاده می شود.
• آگارز با وضوح بالا: این نوع آگارز برای ارائه الگوهای با وضوح بالا و نوارهای تیز برای جداسازی قطعات DNA طراحی شده است. آگارز با وضوح بالا اغلب در توالی یابی DNA و نقشه برداری ژنتیکی استفاده می شود.
• آگارز چند منظوره: این نوع برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله جداسازی DNA و RNA، کلونینگ و الکتروفورز ژل مناسب است. آگارز چند منظوره بسته به وضوح و حساسیت مورد نیاز در گریدهای مختلف موجود است.

اجزاء

آگارز یک پلیمر خطی است که از واحدهای تکرار شونده آگاروبیوز، یک دی ساکارید متشکل از D-گالاکتوز و 3،6-anhydro-L-گالاکتوز تشکیل شده است. این ماده، از آگار، محصولی طبیعی که از انواع خاصی از جلبک های قرمز، به دست می آید.

آگارز با فرآیندی که شامل جوشاندن آگار در آب و سپس فیلتر کردن ناخالصی ها است، خالص می شود. سپس محلول به دست آمده برای تشکیل ژل خنک می شود که با شستشو و خشک کردن بیشتر خالص می شود.

ژل آگارز با حل کردن پودر آگارز در محلول بافر و حرارت دادن مخلوط تا حل شدن کامل آگارز ساخته می شود. سپس محلول را در قالب ریخته و اجازه می دهیم سرد و جامد شود.

کاربردها

این ماده معمولاً در بیولوژی مولکولی برای کاربردهای مختلفی استفاده می شود، از جمله:

• الکتروفورز ژل: ژل آگارز به طور گسترده ای برای جداسازی و آنالیز اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها استفاده می شود. در الکتروفورز ژل، نمونه‌های DNA یا پروتئین در چاهک‌های ژل آگارز بارگذاری می‌شوند و تحت یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرند که باعث حرکت آن‌ها در ژل می‌شود. سرعت حرکت نمونه ها در ژل بر اساس اندازه و بار آنها تعیین می شود و به محققان این امکان را می دهد تا نمونه ها را بر اساس این ویژگی ها جدا کرده و تجزیه و تحلیل کنند.
• توالی یابی DNA: ژل آگارز معمولاً در توالی یابی DNA برای جداسازی قطعات DNA برای تجزیه و تحلیل استفاده می شود. پس از تکثیر PCR، قطعات DNA در ژل آگارز بارگذاری شده و تحت الکتروفورز قرار می گیرند. سپس نوارهای به دست آمده به تصویر کشیده می شوند و برای شناسایی توالی نوکلئوتیدی DNA استفاده می شوند.
• استخراج و خالص سازی ژل: از ژل آگارز می توان برای استخراج و خالص سازی قطعات DNA با اندازه خاص استفاده کرد. پس از الکتروفورز، ژل را می توان با رنگ فلورسنت رنگ آمیزی کرد و نوار مورد نظر را جدا کرد و برای تجزیه و تحلیل بیشتر خالص کرد.
• کلونینگ DNA: از ژل های آگارز می توان برای استخراج و جداسازی قطعات DNA مورد علاقه برای کلونینگ در یک وکتور پلاسمید استفاده کرد. پس از الکتروفورز، قطعه DNA را می توان جدا کرد و برای بستن به وکتور خالص کرد.
• خالص سازی پروتئین: از دانه های آگارز می توان برای خالص سازی پروتئین ها با کروماتوگرافی میل ترکیبی استفاده کرد. دانه ها با یک لیگاند پوشانده شده اند که به طور خاص به پروتئین مورد نظر متصل می شود و به آن اجازه می دهد از پروتئین های دیگر در یک مخلوط جدا شود.

آگارز مزایای متعددی نسبت به سایر انواع ژل دارد، از جمله سمیت کم، سهولت استفاده و قدرت تفکیک بالا. همچنین نسبتاً ارزان و به طور گسترده در دسترس است، که آن را به یک انتخاب محبوب برای محققان زیست شناسی مولکولی تبدیل می کند.

اطلاعات مفید دیگر

ژل‌های آگارز را می‌توان با رنگ‌های مختلفی مانند اتیدیوم بروماید یا SYBR Green رنگ‌آمیزی کرد تا DNA یا نوارهای پروتئینی را به تصویر بکشد. رنگ به اسید نوکلئیک یا پروتئین متصل می‌شود و تحت نور UV فلورسانس می‌کند و اجازه می‌دهد باندها قابل مشاهده و عکس‌برداری شوند.

ژل آگارز همچنین می تواند برای ساترن بلات استفاده شود، تکنیکی که برای تشخیص توالی های DNA خاص در یک نمونه استفاده می شود. پس از الکتروفورز، DNA از ژل به یک غشاء منتقل می شود و با یک پروب DNA نشاندار که به طور خاص به توالی هدف متصل می شود، هیبرید می شود.

این ماده علاوه بر کاربرد آن در زیست شناسی مولکولی، در زمینه های دیگر مانند میکروبیولوژی که در آن به عنوان یک عامل جامد کننده برای محیط های میکروبیولوژیکی استفاده می شود و در علوم غذایی، در غذا ها و نوشیدنی ها به عنوان عامل غلیظ کننده و تثبیت کننده استفاده می شود.

به طور خلاصه، آگارز یک پلی ساکارید مشتق شده از آگار، یک ماده طبیعی است که از جلبک دریایی به دست می آید. این به طور گسترده ای در زیست شناسی مولکولی برای جداسازی و تجزیه و تحلیل اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها استفاده می شود و در چندین نوع مختلف طراحی شده برای نیازهای تحقیقاتی خاص موجود است. استفاده از ژل آگارز آسان است، سمیت پایینی دارد و قدرت تفکیک بالایی دارد و به همین دلیل آنها را به انتخابی محبوب برای محققان زیست شناسی مولکولی تبدیل می کند.

همچنین بخوانید:

• لیست کامل مواد آزمایشگاهی
• اطلاعات بیشتر از کلونینگ
• اطلاعات بیشتر از ساترن بلاتینگ
• اطلاعات بیشتر از الکتروفورز