核酸提取宏基因组宿主DNA去除

来源:核酸提取宏基因组宿主DNA去除(DNA Lab Space 实验教程)| 编译:DNA Lab Space

📎 相关工具:代谢通路设计

做了三批去宿主,宿主reads还是占30%以上,微生物那边只剩几百个种。是酶不行,还是流程有坑?宏基因组去宿主这事,问题常常出在选择性裂解的窗口太窄、DNase 的缓冲环境不够合适、纯化回收的损耗太大;试剂盒本身反而是次要因素。这篇按样本端到数据端的顺序逐项说明,每个原因给出判断、验证和解决动作,你对着自己流程逐条打钩就行。

第一步:先查这几个低级错误,别急着换试剂盒

1. 皂苷浓度算错。选择性裂解要 0.05% 终浓度的皂苷,母液配成 5%,1 mL 体系应加 10 µL;很多人只加了 1 µL,宿主细胞根本没破。解决:现配母液,加完按体积复核一遍。

2. 宿主裂解后没离心弃上清。37°C 孵育 10–15 min 后要 8000×g 离心 5 min,宿主DNA 随上清走,不弃上清等于没做去宿主。解决:把“弃上清”写进流程卡。

3. DNase 体系里没有 Mg²⁺。苯甲酸酶要 Mg²⁺(0.5–2 mM),样本带进来的 EDTA(TE 保存液、洗脱液)会直接让酶失效。解决:补 1×DNase 缓冲液或 1 mM MgCl₂,EDTA 终浓度压到 0.1 mM 以下。

4. 失活不彻底或过度。EDTA 终浓度 5–10 mM 或 75°C 10 min 二选一,不彻底会残留酶活,过头则损伤微生物DNA。解决:同一批样本固定用同一种失活方式。

教程配图2:核酸提取宏基因组宿主DNA去除 排查流程示意
▲ 教程配图2:核酸提取宏基因组宿主DNA去除 排查流程示意

第二步:按流程分维度系统排查

1. 样本端:宿主细胞已经把上限压得很低

现象:同一套流程,拭子样本宿主占 50%,粪便样本只占 2%。

原理:上皮细胞占拭子细胞总数的绝大多数,去宿主方法的处理能力有上限,通常只降 1–2 个数量级。

判断:做一次不处理对照的 qPCR,测人源 RNase P 拷贝数,每微升超过 10⁵ 拷贝基本就是样本问题。

解决:采样时旋转拭子 5–10 秒、不摩擦,取中段;粪便或环境样本用 0.22 µm 过滤,或 200×g 低速离心 5 min 去大颗粒。

验证:同批样本处理前后人源 qPCR 的 Ct 差值 ≥5。

2. 选择性裂解:窗口没卡准,宿主和微生物一起受损

现象:宿主去得多,细菌也掉一半。

原理:皂苷/Triton 破哺乳动物细胞膜,细菌细胞壁耐受,但这个窗口很窄,多放 10 分钟就开始伤革兰阴性菌。

判断:裂解后显微镜看完整上皮细胞比例,超过 20% 说明没裂透。

解决:皂苷 0.025%–0.05%,冰上 10 min 或室温 5 min,别超过 15 min;裂解完立刻加 DNase,别在室温搁 20 min。

验证:处理后 16S qPCR 回收率 ≥70%,人源 ≤10%。

3. DNase 消化:酶量、时间、缓冲液三条腿

现象:Ct 值上去了,但宿主 qPCR 还是阳性。

原理:DNase I 需要 Mg²⁺,37°C 最适,被 EDTA 和高盐抑制;酶单位不够就是消化不完全。

判断:做一个加酶/不加酶平行对照,同时测宿主和 16S。

解决:25–50 U 苯甲酸酶,37°C 30 min,体系 MgCl₂ 1 mM;样本体积占比不超过 1/10,避免抑制剂浓度过高。

验证:加酶组宿主 qPCR 的 Ct 比不加酶组高 ≥3,且 16S 信号不掉超过 30%。

教程配图3:核酸提取宏基因组宿主DNA去除 排查流程示意
▲ 教程配图3:核酸提取宏基因组宿主DNA去除 排查流程示意

4. 失活与纯化:把 DNase 清干净,别把 DNA 也清没了

现象:洗脱下来只有 1–2 ng/µL。

原理:柱纯化对小于 100 bp 的片段结合差,乙醇残留抑制后续建库;磁珠比例过高会连短片段一起带走。

判断:Nanodrop 看 230/260 比值,低于 1.8 大概率有残留。

解决:EDTA 5 mM 终止或 75°C 10 min;磁珠法用 1.8× 体积,不要超过 2×;洗脱 30 µL,37°C 预热后上柱。

验证:加 10 ng λ DNA 做回收率加标,正常应 ≥80%。

5. 甲基化法(MBD-Fc 类):盐浓度和蛋白比例是关键

现象:宿主降了,拟杆菌门也跟着少。

原理:MBD 结合甲基化 CpG,结合强度依赖 NaCl 浓度,300–500 mM 是常用区间;比例失衡会非特异吸附。

判断:用宿主/细菌 gDNA 混合梯度做富集曲线。

解决:盐浓度 350 mM,蛋白:DNA 比 1:10 到 1:20,4°C 30 min,别在室温操作。

验证:处理前后内参 qPCR 算富集倍数,宿主 ≥10 倍、细菌 ≤2 倍损失

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