A260/A280 比值在 1.8-2.0 之间只能说明"大概没什么蛋白污染",却分不清 RNA 和 DNA,也读不出提取缓冲液的残留。Lunatic 的 Unmix 算法直接把这些吸收贡献拆开,每个样品 2 µL,High Lunatic plate 上 96 个样品约 10 分钟读完,报出 RNA 的实际含量和杂质来源。
RNA 纯度影响下游实验,从 RNA-LNP 制备到 qRT-PCR 再到 RNA-seq。qRT-PCR 里,逆转录产物和混入的基因组 DNA 都会充当模板,带来非特异性扩增和背景噪声。
传统做法是在 260 nm 和 280 nm 各测一次吸光度,A260/A280 在 1.8-2.0 之间就算"纯"。问题是:这个比值只能大致排除蛋白污染,对 DNA 混入几乎无能为力,因为 RNA 和 DNA 的吸收特征太接近。即使 A260/A280 = 2.0,样品里仍可能有 20% 是 DNA,浓度读数随之虚高。
酸性硫氰酸胍-酚-氯仿法(AGPC)和 TRIzol 是最常见的 RNA 提取方案。原理很直接:底层有机相留住蛋白质,中间层留住 DNA,上层水相包含 RNA。
难点在取样。移液吸取上层 RNA 水相时,稍微碰到中间层就带出 DNA,碰到底层就带出蛋白。蛋白和溶剂残留还会抑制后续 DNase 处理,降低 RNA 回收率。最后的离心和洗涤步骤如果不够充分,AGPC 或 TRIzol 的组分也可能残留在终产品里。
Figure 1. Lunatic 有 96 条独立微流控通道,每个样品 2 µL,在 High Lunatic plate 上一次读取 96 个样品约 10 分钟。
用约 1,000 ng/µL 的纯化小牛肝 RNA 做基准测试。"RNA (Turbidity)" 应用自动完成基线和浊度校正后读取 UV/Vis 光谱。6 个重复样品的光谱重叠,CV 为 0.56%:
整个测量不需要染料、标准曲线或额外试剂。
Figure 2. 小牛肝 RNA 的叠加吸收光谱(6 个重复)。基线和浊度校正后光谱高度重叠,CV 仅 0.56%。
A260 总吸收加上 A230/A260、A260/A280 两个比值,都是把样品当成一个整体来读。要单独报出 RNA,就得把光谱按组分拆开。
Lunatic 的 "RNA (Any source)" 应用用 Unmix 算法做光谱解卷积:把样品背景、RNA、DNA、蛋白质和常见提取缓冲液各自的吸收贡献拆开,直接给出 RNA 浓度。读数从"总核酸 478 ng/µL"变成"RNA 284 ng/µL + 杂质 4.87 OD",据此就能判断是否需要继续纯化。
Figure 3. Unmix "RNA (Any source)" 的三步:(A) 选择应用类型;(B) 传统 A260 测量只报总核酸 478.2 ng/µL;(C) Unmix 解卷积后报 RNA 284.07 ng/µL + 杂质 4.87 OD。黑线=总核酸光谱,绿线=RNA,青色=杂质,灰色=背景。
把纯化 RNA 和小牛胸腺 DNA 按不同比例混合(DNA 占 5% 到 40%),总核酸浓度固定在约 500 ng/µL。纯 RNA 样品里 Unmix 报告的杂质接近零;DNA 占比升到 20% 时,杂质吸收值明显上升,同时 RNA 浓度读数同步下降。
Figure 4. 100% RNA(A)vs 80% RNA / 20% DNA(B)。加入 DNA 后杂质吸收增加,RNA 浓度从 514.0 降至 388.1 ng/µL。
不同 RNA/DNA 比例下,Unmix 测得的 RNA 浓度和目标浓度之间的线性回归 R² = 0.9925。DNA 占到 40% 时,测得的 RNA 浓度和目标浓度仍在这条直线上。
Figure 5. 不同 RNA/DNA 比例(60/40 到 100/0)下测得 RNA 浓度 vs 目标浓度。线性回归 R² = 0.9925,灰色数字为 RNA/DNA 百分比。
RNA 提取后的浓度可能很高也可能很低。把 RNA 和 DNA 按 70/30 比例混合,总核酸浓度从 1,000 ng/µL 逐步稀释到 62.5 ng/µL(稀释倍数 1× 到 1/16×)。
在整个浓度范围内,Unmix 测得的 RNA 始终占总核酸的 70 ± 2%,和预设的 70% 目标一致。也就是说,样品从 1× 稀释到 1/16×,稀释本身没有让 Unmix 报出的 RNA 比例偏离目标。
Figure 6. 70/30 RNA/DNA 混合样品在 1× 到 1/16× 稀释系列中的表现。(A) 蓝色=Unmix 测得 RNA,绿色=目标 RNA。(B) 各稀释点的 RNA 百分比均在 68-72% 范围内。
蛋白在 280 nm 吸收很强,一旦混入 RNA 样品就会直接干扰 A260/A280 比值和浓度读数。
测试方案:约 2,000 ng/µL 的纯化 RNA 分别加入 10% 和 50% v/v 的 BSA。随着 BSA 增加,RNA 浓度读数下降(从 1985 到 855 ng/µL);同时 Unmix 识别出了蛋白带来的杂质吸收(Impurities 从 0.01 升到 4.05)。查看杂质吸收值就能判断有没有蛋白残留,RNA 浓度也不会被蛋白信号掩盖。
Figure 7. 纯 RNA(A, 1985 ng/µL)、加 10% BSA(B, 1669 ng/µL)和加 50% BSA(C, 855 ng/µL)的 Unmix 结果。黑线=总核酸,绿线=RNA,青色=杂质。
小牛肝 RNA(Sigma-Aldrich, R7250)用 RNA 保存液(Ambion, AM7001)稀释后经 100 kDa 离心过滤器(Merck, UFC210024)在 4,000 rpm 过滤 15 分钟。纯化液再稀释至目标浓度,−20 °C 保存。
小牛胸腺 DNA(Invitrogen, 15633-019)用去离子水(VWR, 23595.294)稀释至目标浓度,−20 °C 保存。BSA 溶液(Sigma-Aldrich, A7284)现配于 PBS(Life Technologies, 10010-015)中。
所有测量在 High Lunatic plate 上完成,样品全程置于冰上。Figure 5 和 Figure 6 的异常值使用四分位距(IQR)法识别并去除,图形使用 RStudio(2022.02.1)和 R(4.1.3)绘制。