導入
01背景
磁気ビーズは、ノルウェー科学技術大学の化学者ジョン・ウゲルスタッドによって最初に考案されました。改良を経て、現在一般的に見られるナノスケールの磁気ビーズは、種類が多様化しています。分離原理は表面特性によって異なりますが、材料と基本構造は似ています。磁気ビーズの基本構造は3層に分かれています。最内層はポリスチレン、2層目は磁性体Fe₃O₄を包み込み、最外層は核酸に結合できる修飾官能基（カルボキシル基など）です。異なる表面基によって、核酸抽出、精製、ビオチン捕捉など、磁気ビーズの下流アプリケーションが決まります。
図1. 磁性ビーズの構造の模式図
02原則
市販の磁気ビーズシステムには、磁気ビーズ、ポリエチレングリコール（PEG）、塩イオンなどが含まれます。DNA回収に影響を与える主な要因は、PEG、DNAのサイズと濃度、インキュベーション時間などです。その中でも、PEGが決定的な要因です。高濃度のPEGとNaClにより、DNAは水和層を脱ぎ捨て、球形に圧縮され、負に帯電したリン酸基が露出します。Na+と磁気ビーズ表面のカルボキシル基による「電気橋」の形成により、DNAは磁気ビーズに吸着されます。PEGとNaClが除去されると、水和効果によりイオン結合が切断され、DNAが精製されます。PEGと塩濃度の変化に応じて、異なる長さのDNAを選択的に沈殿させることができます。
図2. 磁性ビーズによるDNA吸着の原理の模式図。
アプリケーション
磁気ビーズは、高スループットと自動化への適合性という特性から、ハイスループット シーケンシングで高く評価されています。次世代シーケンシング (NGS) ライブラリの構築における DNA の抽出、精製、および分類に広く使用されています。
01核酸抽出
磁気ビーズ抽出法では、細胞溶解バッファーがタンパク質変性剤として作用し、細胞を溶解して核酸を放出します。磁気ビーズは正に帯電しており、負に帯電した核酸を吸着する傾向があります。結合後、洗浄と磁場捕捉により不純物が除去されます。最後に、核酸は溶出バッファーで解離されます。精製された DNA/RNA は、PCR などの検査に使用できます。この方法は診断業界で広く適用されており、ハイスループットで自動化された核酸抽出をサポートしています。
図3. 磁気ビーズ核酸抽出プロセスの概略図。
02 DNA精製
DNA精製の目的は、非標的断片を除去することです。磁気ビーズは大きな断片を優先的に吸着します。磁気ビーズの割合を制御することで、特定のサイズのDNAを選択的に吸着し、上清中の小さな断片を廃棄することができます。最後に、標的DNAを溶出して回収します。アダプターダイマー/プライマーダイマーなどの小さな断片の除去やサンプルの濃縮によく使用されます。
図4. DNA精製プロセスの概略図。
磁気ビーズを使用した DNA 精製プロセスでは、サンプルが多少失われます。回収効率は、次の式で計算できます: 回収効率 = (精製後の DNA の質量 / 入力 DNA の質量) × 100%。データによると、
表1.磁気ビーズ回収効率の計算
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並列サンプル |
サンプル |
入力（ng） |
DNA精製（1.8×） |
||
|
精製後（ ng） |
回復率% |
平均回復率 |
|||
|
並列サンプル1 |
A-XP |
169.5 |
153.25 |
90.41% |
90.41% |
|
B-YS |
159.75 |
94.25% |
94.50% |
||
|
C-YS |
162 |
95.58% |
|||
|
D-YS |
158.75 |
93.66% |
|||
|
並列サンプル2 |
A-XP |
156 |
92.04% |
92.04% |
|
|
B-YS |
156.5 |
92.33% |
93.51% |
||
|
C-YS |
160 |
94.40% |
|||
|
D-YS |
159 |
93.81% |
|||
【注意】：磁気ビーズのテストデータは上海の特定のバイオテクノロジー企業から提供されたものです。表のAはAMPure XP磁気ビーズを表し、B、C、Dはそれぞれ
03 DNA二重サイズ選択
次世代シーケンシング（NGS）では、NGSライブラリを特定の長さにする必要があります。断片化されたDNAから目的の断片を選択するには、断片スクリーニングが使用されます。磁気ビーズは大きな断片を優先的に吸着するという特性を利用して、大きな断片の1回目の吸着後、磁気ビーズを捨てて上清を保持し、目的の断片は上清に残ります。2回目では、磁気ビーズが目的の断片を吸着し、上清を捨てた後、目的の断片を溶出して回収します。
図5. DNA二重サイズ選択プロセスの概要
選別精度を評価するために、通常は、磁気ビーズ入力の異なる割合で選別されたフラグメント サイズが Agilent 2100 機器によって検出されます。
特定の割合の磁気ビーズでは、異なるサンプルの断片分布が同じ位置に集中する必要があります。理想的な選別効果は、上部に狭く丸いピークが 1 つあることです。メーカーによってバッファーが異なるため、特定の割合の磁気ビーズでは分布が異なります。使用する前に、取扱説明書を参照して、対象断片の選別割合を確認する必要があります。データによると、同じ選別割合では、
表2. 典型的な回復
|
サンプル |
ダブルサイズ選択（0.65×/0.2×） |
|||
|
入力（ng） |
ダブルサイズ選択後（ng） |
回復率% |
平均 回復率 |
|
|
A-XP |
276.44 |
55.2 |
19.97% |
19.97% |
|
B-YS |
||||
|
61.35 |
22.19% |
22.84% |
||
|
C-YS |
65.4 |
23.68% |
||
|
D-YS |
62.55 |
22.63% |
||
【注】：磁気ビーズのテストデータは上海の特定のバイオテクノロジー企業から提供されたものです。表のAはAMPure XP磁気ビーズを表し、B、C、Dはそれぞれ
製品情報
Hieff NGS TM DNA選択ビーズはSPRI原理に基づいており、最適化されたバッファーシステムと組み合わされており、次世代シーケンシングライブラリでのDNAフラグメントの選別と精製に適しています。この製品はさまざまなブランドのライブラリ構築キットと互換性があり、フラグメントの回収効率とライブラリのサイズ分布はXP磁気ビーズに似ています。注目すべきは、
表3. Hieff NGS TMシリーズ磁気ビーズ製品の推奨事項
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分類 磁気の ビーズ |
製品名 |
製品番号 |
サイズ |
プロモーション価格（円） |
アプリケーション |
|
DNA磁気ビーズ |
12601ES08 |
5mL |
595 |
DNAのクリーンアップ DNAサイズの選択 |
|
|
12601ES56 |
60mL |
3775 |
|||
|
12601ES75 |
450mL |
15715 |
|||
|
Hieff NGS TMスマート DNA クリーン ビーズ |
12600ES08 |
5mL |
835 |
小断片（＞50 bp）の精製 |
|
|
12600ES56 |
60mL |
4555 |
|||
|
12600ES75 |
450mL |
17935 |
|||
|
RNA 磁気ビーズ |
12602ES08 |
5mL |
635 |
RNAライブラリの構築 |
|
|
12602ES56 |
60mL |
2555 |
|||
|
12602ES75 |
450mL |
23135 |
|||
|
12629ES24 |
24 トン |
308 |
mRNAの分離と精製。 |
||
|
12629ES96 |
96 トン |
1128 |