NA 100 R Multi-Functional Electrophoresis Device for Analysis of Nucleic Acid 2007 년산업자원부한국기술거래소의지원으로개발된 다기능일체형전기영동기기 NA 100 R 은 전기영동기능 UV transilluminator 기능암실기능 DNA purification 기능사진촬영기능을모두갖추었습니다. NA 100 R 의가치는얼마나될까요?
NA 100 R 의특징 NA 100 R 은전기영동기기로서매우편리합니다. 값비싼 agarose gel 촬영장치를구입할필요가없습니다. 구식이어서싫증난 digital camera만있으면됩니다. 조금만노력하면증폭된 DNA나 restriction enzyme에의한 DNA 단편을정제할수있습니다. NA 100 R 을사용하면 1. 전기영동 2-3분후 UV lamp를켜서 DNA band를확인할수있습니다. 전기영동후 DNA의이동상태를관찰하기위해 agarose gel을 UV transilluminator로옮길필요가없습니다. Agarose gel을옮기지않는다는것이얼마나편한지알게됩니다. UV transilluminator를위한별도의암실공간이필요가없습니다. 2. 단순히증폭여부나농도만을비교한다면 1회의전기영동으로 80가지의 DNA를확인할수있습니다. Comb을잘활용하면됩니다.
3. 사진으로 촬영하여 보관하고자 한다면 사진촬영용 후드(filter 내장) 를 올려놓고 여러분이 사용하던 digital camera로 촬영하면 됩니다. 이때 flash는 off 해야 합니다. 80개의 PCR products를 1회의 전기영동으로 확인하고 일반 digital camera (2001년 구입)로 촬영한 사진입니다. Flash를 off해야 합니다. 4. DNA를 정제하고자 한다면 agarose gel을 만들 때 수집 홈을 하나 더 만 들면 됩니다. NA 100 사용방법을 참고 하세요. NA 100 으로 정제한 PCR product를 바로 BigDye terminator에 반응시 켜 염기서열을 분석한 결과(ABI PRISM 310 Genetic Analyzer)입니다. 혹 시 EtBr이 염기서열 분석에 영향을 주지 않을까? 라고 걱정하시나요? BigDye terminator 반응, ethanol 정제, deionized formamide에 녹이는 과 정, 95 에서의 변성 과정 등을 고려한다면 아무런 영향을 주지 않을 것이 라는 것을 잘 알 것입니다.
NA 100 R 으로정제한 PCR product 를바로클로닝 (TA vector) 하여만든 1 bp 간격의 size marker 입니다. 혹시 EtBr 이클로닝에영향을주지않을까하고걱정했습니다. 그러나전혀문제가없었습니다. 오히려 positive clone 이더많이나오는이유를모르겠더군요. 혹시 UV light 에의해 DNA 가손상되지않을까하는질문도받았습니다. UV light 는 UV A, UV B, UV C 로구분됩니다. 멸균소독에사용하는 UV C 는 DNA 에영향을줍니다. 그러나 NA 100 R 은 UV B 를이용합니다. 지금까지클로닝을하셨던분들은암실에설치된 UV transilluminator(uv B) 에서 agarose gel 에있는 DNA band 를오려낸다음 PCR purification kit 로정제한후클로닝에이용하면서도 DNA 손상에대해서는아무런의심이없이사용하였습니다. 우리의눈이 UV 에노출되는것만걱정했습니다. NA 100 R 을이용하면 DNA 를정제하기위해서 agarose gel 을오려낼필요가없습니다. NA 100 R 의구성 1. UV trans-illuminator, 직류변환및극성전환장치가전기영동탱크하방에내장된일체형전기영동장치
극성전환 S/W: 좌측을누르면일상적인방향으로전기영동 우측을누르면반대방향으로전기영동 UV : 6W UV lamp on/off FN : 미세열축적예방을위한 fan S/W UV on/off 와병행하면기기의내구성유지에도움이됨. EP : 전기영동을위한 S/W 2. 특수설계된 comb 을포함한 agarose gel caster DNA의주입부가넓어서 DNA 주입이용이합니다. 많은양의 DNA를주입할수있고 DNA band도가늘고뚜렷하게보입니다. 3. 김서림이없고암실효과가있도록설계된전기영동탱크덮개와 UV 차단창 4. 특수제작한 filter 가장착된사진촬영용후드 5. Microswitch 내장에의한안전장치
NA 100 R 사용방법 A. 전기영동 buffer * 일반적으로전기영동 buffer는 0.5X나 1X의 TAE buffer를사용합니다. * TE buffer를사용해도전기영동에는큰영향을주지않습니다. * 전기영동탱크내에채워진 buffer의농도가높으면열발생과김서림이심해집니다. 전기영동 buffer를수차례재사용하면, 증발로인한부족분의 buffer를보충해주고, 또증발, 또보충이반복되면서전기영동 buffer는농축됩니다. 전기영동 buffer는결국 2X, 3X, 5X, 심지어는그이상이되죠. 전기영동탱크내의 buffer는농축되었는데도, agarose gel은 0.5X나 1X TAE buffer로만들어사용하는실험실이많답니다. 전기영동탱크에채워진 buffer의농도가계속높아지면열발생과김서림이심각해집니다. 결국플라스틱재질로된전기영동기기는열변형으로사용할수없게됩니다. 이문제는 NA 100 R 에만해당되는것이아니고여러분이지금까지사용하셨던모든전기영동기기에해당되는문제입니다. 열발생과김서림을줄이기위해서 1. 낮은농도 (0.1X ~ 0.5X) 의 buffer를사용합니다. 2. 전기영동탱크의 buffer가부족해지면 2~3회만보충해주고다음에는새로운 buffer로교환해줍니다. * 낮은농도의 buffer를사용하므로시약낭비는아님 * Buffer를버릴때좌측뒤쪽의물길이용 * 전기영동후좌측뒤쪽의물길을이용하여별도의용기에보관하면자연증발도예방할수있으므로수차례재사용가능
B. Loading buffer Loading dye의조성과역할을생각해보시면 DNA 전기영동에서좋은결과를얻을수있습니다. * 일반적으로사용하는 6x loading buffer는 0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyanol FF, 40%(w/v) sucrose in water입니다. * Loading buffer에포함된다당류인 40% sucrose(6x) 는전기영동 buffer 에잠긴 agarose gel의 well에 DNA를 loading 할때 DNA가전기영동 buffer에확산되어뜨는것을방지하는것입니다. 색을띠는 dye인 Bromophenol blue나 xylene cyanol FF는단순히 DNA가 well에잘주입되었는지확인하고또는 DNA가전기영동에의해어느정도이동하였는지를짐작하기위한것입니다. Dye의이동거리로 DNA의이동거리를정확하게환산할수는없습니다. 그런데, loading buffer에포함된 dye의색이강하고 DNA와동일방향으로이동하므로 UV transilluminator에서 DNA band가희미하게보입니다. DNA band를잘보이게하기위해서는 dye의농도만희석시키면됩니다. 선명한 DNA 띠를관찰하기위해서기존의 6x loading buffer에일정량의 40% sucrose in water를혼합하여 loading buffer의색이옅게희석 (bromophenol blue와 xylene cyanol FF를 40% sucrose로희석 ) 합니다. * NA 100 R 에서는실시간으로 DNA 이동상태를관찰할수있으므로 loading buffer의 dye가필요없습니다. 그러므로더욱선명한 DNA band 를확인할수있습니다. NA 100 R 에서 loading buffer는단순히시료가 loading well에제대로주입되고있는지를확인하기위함이므로시료주입에자신이있다면 40%
sucrose 만사용해도됩니다. 참고로 NA100 R 의특징 에실린 80개 sample의사진은 40% sucrose만을 loading buffer로하여 DNA를 loading 하고전기영동하여촬영한것입니다. * 다음의방법대로시행하면 NA100 R 에서는 loading buffer 를사용할필요도없습니다. 더욱더선명한 DNA band 를관찰할수있습니다. 다음의방법을참고하세요. 1. agarose gel에형성된 DNA loading well의전기영동 buffer를제거합니다. Agarose gel(tray가분리되지않은상태로 ) 을실험대위에놓고 kitchen towel을적당한크기로접어서 DNA를주입또는수집할 well 부위에올려놓으면 well 내부에남아있는전기영동 buffer가깨끗하게제거됩니다. 2. 전기영동탱크의 buffer에 agarose gel이잠기지않도록합니다. F. 증폭 DNA 정제그림참조, 전기영동탱크내전기영동 buffer의높이가 agarose gel 높이의 1/2~3/4 정도 Loading buffer 없이 DNA 만주입하고전기영동을하면됩니다. 한번시도해서비교해보세요. 전기영동에는아무런영향을주지않고 loading 하는 DNA의양을조금이라도더늘릴수있답니다. C. Agarose gel 만들기 1. 원하는농도의 agarose 를 microwave 에서녹입니다.
2. 액체화된 agarose gel을 55 ~60 oven에 1시간이상두어서액체화과정에발생한미세공기방울을제거합니다. 또한 agarose gel의온도를낮추는효과도있습니다. * 투명한 gel tray는 UV 투과력이높지만열에약하므로 microwave에서녹인 agarose gel을바로부으면열에의해 gel tray가변형됩니다. * Agarose gel을사용하기전날많은양 (200~300 ml) 을만들어서 60 oven에보관하였다가다음날사용하면편리합니다. 3. Gel caster에 gel tray를놓고 agarose gel을부은다음즉시 (gel이고형화되기전에 ) 필요한 comb을장착합니다. * Collecting well을만들때에는 gel caster와 gel tray에이물질이없어야합니다. Collecting well이 loading well보다 0.2 mm 깊게형성되도록 design되어있는데, 이물질이있으면이관계가달라집니다. * Gel caster, gel tray, comb을모두장착한다음 gel을부으면 gel에형성되는 well의밑면에구멍이생길수있습니다. 4. Gel caster에서 comb을제거할때상하수직으로부드럽게제거합니다. 5. Gel tray나 gel caster에묻어있는 agarose gel 부스러기를제거합니다. 6. Agarose gel을 gel tray와분리하지않고사용합니다. * Gel tray는 UV가잘투과되는재질이므로 agarose gel을 gel tray로부터분리할필요가없습니다. 분리하면 agarose gel이부스러질수도있습니다. * Agarose gel이고형화된후 EtBr이포함된전기영동 buffer 용기에넣어서보관하였다면, 전기영동직전에 EtBr이없는전기영동 buffer가담긴용기로옮겨서주사기로 loading well과 collecting well 내부에남아있는 gel 부스러기를제거합니다. * Agarose gel을고형화하기전에 EtBr을넣었을지라도고형화후형성되는 loading well이나 collecting well 내부에는 agarose gel 찌꺼기가남는경우가있습니다. 전기영동 buffer가담긴용기에서주사기로 loading well과 collecting well 내부의 gel 찌꺼기를제거해주면 DNA band의모양이좋아집니다. 7. Agarose gel이있는 gel tray를전기영동탱크에놓고 DNA 시료를주입한후전기영동을시작합니다. * Loading buffer를사용할것인지아닌지에따라전기영동 buffer의높이를조절합니다. 아울러 DNA를주입할 well의 buffer를제거할것인지아닌지도다르게됩니다. B. Loading buffer에대한설명에서처럼
loading buffer를사용하지않는다면 kitchen towel로 DNA loading well의전기영동 buffer를제거해줍니다 (B. loading buffer 참조 ). D. 전기영동 1. 극성전환스위치의좌측이눌러졌는지확인합니다. 2. Agarose gel이있는 gel tray를전기영동탱크의중앙에놓습니다. 3. 전기영동탱크에전기영동 buffer를채웁니다. Loading buffer 사용여부에따라높이가달라집니다 (B. Loading buffer 참조 ). 4. Loading well에시료를주입합니다. 5. 전기영동탱크덮개와 UV 차단투명창을결합하고 microswitch가눌러지도록전기영동탱크를덮어줍니다. 6. 전기영동스위치 (EP) 를켭니다. 7. 전기영동시작 2~3분정도후에 UV lamp를켜서전기영동상태를확인합니다. 확인후 UV lamp를끕니다. 8. 증폭 DNA의크기와 agarose gel의농도에따라 DNA의이동상태가다르므로 5분, 10분후에 UV lamp를켜서전기영동상태를확인합니다. 참고로 1.5% agarose gel에서 600 bp의 PCR 증폭산물이 1 cm 이동하는데 10분정도소요됩니다. E. 사진촬영 사진 E-1 사진 E-2 전기영동탱크덮개를사진촬영용후드로교체합니다. Digital camera의
flash를 off하고촬영합니다 ( 사진 E-1 참조 ). Digital camera 제조회사에따라초점거리가다르므로 UV shield를제거한전기영동탱크덮개위에사진촬영용후드를얹어서촬영해도됩니다 ( 사진 E-2 참조 ). * 사진이선명하지않은경우, 사진촬영용후드에장착된 filter에김이서린경우이거나 digital camera 의초점거리가제조회사에따라서다른경우입니다. 1) 김이서린경우는대부분오래된전기영동 buffer를사용하였거나, 빈번한재사용등으로전기영동 buffer가농축되어발생하는문제입니다. 이때에는사진촬영용후드내측의 filter 밑면을 Kimwipes paper 나 lens towel로닦은후촬영합니다 (A. 전기영동 buffer 참조 ). 다음사용자를위해사진촬영후전기영동탱크의 buffer를교환해주세요. 2) Digital camera의제조회사별초점거리차이에의한문제는사진 E-2의방법으로촬영하세요. * 왼손으로 camera를감싸듯이쥔상태에서사진촬영용후드를부드럽게살짝눌러주면 UV lamp가켜집니다 (UV S/W가 ON된상태에서만 ). Digital camera의 view finder를통해 DNA band의위치를확인하고, 필요하면 zoom도하고, 위치를잡은다음셔터를반정도눌러서초점을맞추고 찰칵... 깨끗한사진이촬영됩니다. * NA100 R 들고디지털카메라전문매장을돌면서다음의기종들에대해서테스트하였습니다. Olympus SP-565, 뮤 1060 Nikon COOLPIX S710, S610, S600, S560, S550, S520 Canon IXUS 8701S Panasonic FX-38, 카메라전문점의이야기는 3내지 6개월마다새로운기종이출시되므로 1 년전에출시되었던 camera는없다고합니다. 여러분이소장하고계신중고카메라들중어느하나로 test 해보세요. 핸드폰의 camera로도촬영됩니다. 너무좋은카메라를사용하지마세요.
NA100 R 을개발한저는 2000년에구입한 Olympus의 CAMEDIA C-40 ZOOM을사용하여전기영동사진을촬영하고있습니다. * 전용카메라를사용하지않고범용카메라를사용하기때문에약간의흔들림이있을수있습니다. 그러나 3~4회정도시도해보면흔들림이없는사진촬영의요령을터득할수있답니다. 전용카메라가고정되어있는수백만원의 Gel-Doc 보다는불편함이있지만 NA 100 R 의성능대비가격을비교한다면몇번의사진촬영연습으로그가치는충분하다고생각됩니다. F. 증폭 DNA 나효소절단 DNA 정제 1. Agarose gel 준비 * DNA 수집을위한 well을 collecting well이라고하였으며, loading well과 collecting well의거리는약 1 cm, 2 cm, 3 cm 의거리로조절할수있으므로여러개의 DNA band가있는경우에도특정 DNA band를정제할수있습니다. 원하는 DNA에따라 collecting well의위치를조절하세요. 주의 : Agarose gel을만들때 gel caster와 tray에는이물질이없어야합니다. Loading well과 collecting well의깊이관계에영향을주기때문입니다. * Agarose gel이고형화된후 EtBr이포함된전기영동 buffer 용기에넣어서보관하였다면, 전기영동직전에 EtBr이없는전기영동 buffer가담긴용기로옮겨서주사기로 loading well과 collecting well 내부에남아있는 gel 부스러기를제거합니다. * Agarose gel을고형화하기전에 EtBr을넣었을지라도고형화후형성
되는 loading well이나 collecting well에는 agarose gel 찌꺼기가남는경우가있습니다. 전기영동 buffer가담긴용기에서주사기로 loading well과 collecting well 내부의 gel 찌꺼기를제거해주면 DNA band의모양이좋아집니다. * Agarose gel에형성된 loading well과 collecting well 내부의전기영동 buffer를제거합니다. Agarose gel(tray가분리되지않은상태로 ) 을실험대위에놓고 kitchen towel을적당한크기로접어서 DNA를주입또는수집할 well 부위에올려놓으면 well 내에남아있는전기영동 buffer가깨끗하게제거됩니다. 2. 전기영동탱크에 agarose gel이있는 gel tray를올려놓습니다. 3. 극성전환스위치가좌측으로되어있는지확인합니다. 4. 전기영동 buffer를전기영동탱크에채웁니다. 이때전기영동 buffer는 agarose gel이잠기지않을정도의높이 (1/2~3/4) 로합니다 ( 그림참조 ). 5. Loading well에시료를주입합니다. 6. 전기영동탱크덮개와 UV 차단투명창을결합하고 microswitch가눌러지도록전기영동탱크를덮어줍니다. 7. 전기영동스위치 (EP) 를켭니다. 8. 전기영동시작 2~3분정도후에 UV lamp를켜서전기영동상태를확인합니다. 확인후 UV lamp를끕니다. 9. 증폭 DNA의크기와 agarose gel의농도에따라 DNA의이동상태가다르므로 5분, 10분후에 UV lamp를켜서전기영동상태를확인합니다. * 1.5% agarose gel(0.5x TAE buffer) 에서 600 bp의 PCR 증폭산물이 1 cm 이동하는데 10분정도소요됩니다. 10. Collecting well에 DNA가모이기직전 ( 아래그림의 2나 3) 에 collecting well에 DNA 회수를위한 buffer를 loading합니다. * 0.1X TE buffer (1X: 10 mm Tris, 1 mm EDTA) 나 0.1X TAE buffer를전기영동을위해주입했던양의 2배내지 2.5배
* 전기영동시작단계에 collecting well에 buffer를주입하면전기영동과정중에전기영동 buffer가증발하면서 collecting well의 buffer 도증발합니다. 따라서전기영동에의해이동되는 DNA가 collecting well에가까이왔을때정제하고자하는 buffer를주입해야합니다. 예를들어 25 ul의 PCR product를정제하고자한다면 1) 약 6 mm 두께의 agarose gel을만듭니다. 2) EtBr로 gel을염색합니다. 3) loading well과 collecting well에있을수있는 buffer를제거합니다. 4) 전기영동탱크에 agarose gel을놓고 agarose gel이잠기지않을정도의전기영동 buffer를채웁니다. 5) Loading well에 25 ul의 PCR product를주입합니다. 6) UV shield가결합된전기영동탱크덮개를올려놓고전기영동을시작합니다. 7) 2분정도후에 UV를켜서 DNA band를확인합니다. 8) DNA의크기, agarose gel의농도등에따라달라지는 DNA의이동속도를감안하여 4~10분후에 UV를켜고 DNA의이동상태를관찰합니다. 9) DNA band가 collecting well에근접하면 UV 스위치와전기영동스위치 (EP) 를끄고전기영동탱크덮개를내립니다. 10) Collecting well에 0.1X TE(1X TE: 10 mm Tris. 1mM EDTA) buffer나 0.1X TAE buffer 50ul를주입합니다. 11) UV shield가결합된전기영동탱크덮개를올려놓고다시전기영동을시작합니다. 11. DNA가 collecting well에모이면전기영동스위치 (EP) 와 UV 스위치를끄고피펫으로 DNA를수집합니다. 12. DNA band가 collecting well을지난경우에는극성변환스위치를이용하여전기영동의방향을변환시킵니다.
TE(10mM Tris 1mM EDTA) buffer로채워진전기영동탱크에서전기영동하여그림 1, 2, 3: PCR product가이동되는모습그림 4: collecting well에모인 PCR product 그림 5, 6: collecting well을넘어선 PCR product * 그림 5, 6의경우극성변환스위치를바꾸면 DNA band가반대로이동하여 collecting well에다시모입니다. * Collecting well에 DNA가근접했음에도불구하고수집하고자하는 buffer 를주입하지않으면 DNA가 collecting well의주위를감싸고이동하게됩니다. 이때에도극성전환스위치를이용하여 DNA를반대방향으로이동시킨후 collecting well에 DNA를수집하고자하는 buffer를채운다음정상적인방향으로전기영동을하면 DNA를수집할수있습니다. * 이와같은과정에서전기영동상태를계속지켜봐야한다는불편함을호소하는사용자들이있습니다. 그러나일반적인전기영동후별도의 PCR purification kit를사용하는정제과정을생략할수있다면 NA 100 R 을이용한전기영동과정에조금신중하게관찰하는것이시간을낭비하는것은아닙니다. 또한전기영동경험이많은사용자들은 DNA의이동거리와시간을짐작할수있고극성전환스위치가있으므로충분한가치가있는작업이라고생각됩니다. DNA가 collecting well에모이기직전부터피펫으로수집할수있게되는상태까지소요되는시간은이동하는 DNA 의크기와 agarose gel의농도에따라다르겠지만약 2~3분이내입니다. PCR purification kit에서의여러단계중한단계인원심분리에소요되는시간보다도짧은시간입니다.
Fig. 1,2,3: 전기영동에의해이동하는 DNA band입니다. Fig 2에서 collecting well에 buffer를채웁니다. Fig. 4,5: Collecting well에 DNA가모이기시작합니다. Fig. 6,7: Collecting well에모인 DNA입니다. 이때피펫으로 DNA를수거하면됩니다. Fig. 8: Collecting well에서 DNA가빠져나가려고합니다. Fig. 9: Collecting well을지난 DNA band입니다. 스위치를중좌측에있는극성변환스위치를우측으로눌러서극성을변환시켰습니다. DNA는사진의위쪽으로이동합니다. Fig. 10:DNA가다시 collecting well로들어가는과정입니다. Fig. 11:Collecting well에다시모인 DNA입니다. 이때피펫으로 DNA를수거하면됩니다. Fig 12:Collecting well을빠져나가는 DNA band입니다. Fig. 4, 5와비슷합니다. NA 100 R 사용시주의사항 1. 전원이분리되었을지라도전기영동기기를물에잠기지않도록해야합니다. 감전사고나오작동의원인이됩니다. 2. Microswitch에의한안전장치는되어있지만, 일상생활기기에서도오작동의불행한일이발생하지않는다는보장이없습니다. 따라서본기기
에서도전원이연결된상태에서는전기영동탱크내부에는손을넣으면위험할수있습니다. Agarose gel을전기영동탱크에얹거나꺼낼때에는훼손되지않은 glove를사용하거나플라스틱주걱또는절연핀셋등을이용하십시오. 3. 탱크내부의겔지지대 ( 짙은남청색부위 ) 를씻고자한다면플러그를분리한다음에물에젖은부드러운광목이나붓등으로부드럽게닦아야합니다. 오물제거에흔히사용하는 100% ethanol 등을사용하면투명도가현저하게저하되고, 기기를교체하는비용부담의원인이됩니다. 4. 일상생활기기도바닥에떨어지는경우깨지거나찌그러들고오작동의원인이됩니다. 본기기도충격등사용자부주의에의한파손은본사에서책임지지않습니다. 5. 임의로기기를분해하여발생하는모든문제에대해서본사는책임지지않습니다.