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Droplet-based microfluidics in nucleic acid amplification
Nora Grossschmidt
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Matthias Horn
Mitbetreuer*in
Jillian Petersen
DOI
10.25365/thesis.54472
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20550.82758.462964-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Zur Beschreibung der Diversität in mikrobiellen Gemeinschaften werden Methoden wie Umweltgenomik und seit einiger Zeit auch Einzelzellgenomik angewandt. Obwohl in den vergangenen Jahrzehnten grundlegende Fortschritte unter anderem in den Sequenzierungstechniken erzielt wurden, bleibt die Charakterisierung von mikrobiellen Gemeinschaften in der Umwelt anspruchsvoll und schwierig. Vor allem die Diversität innerhalb mikrobieller Populationen und Arten entzieht sich den Forschern immer noch.
DNS-Amplifikationstechniken stellen einen Schlüsselschritt bei der Charakterisierung der genetischen Vielfalt dar. Die neue Technik der Mikrofluidik, und insbesondere Plattformen für Droplet-basierte Polymerasekettenreaktion und Multiple-Displacement-Amplifikation bieten neue und verbesserte Alternativen zu herkömmlichen Amplifikationsverfahren und deren inhärent Beschränkungen.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein methodischer Workflow für mikrofluidische Droplet-basierte Amplifikationstechniken entwickelt. Hauptaugenmerk lag dabei auf einfacher Anwendbarkeit und Praktikabilität, um den hier entwickelten Workflow auch für andere Forscher leicht anwendbar zu machen. Wir konnten erfolgreich On-Chip-Polymerase-Kettenreaktion als auch chipexterne Multiple-Displacement-Amplifikation in droplets in pikoliter Größe durchführen. Mit unserer Methode sind wir in der Lage, DNA aus einzelnen Zellen sowie von DNA-Molekülen erfolgreich und zuverlässig zu amplifizieren. Mit einer Weiterentwicklung der mikrofluiden Plattform möchten wir die Integrierung verschiedene Methoden der Umweltgenomik ermöglichen.
Eine mögliche Anwendung dieser vielseitigen Technologie ist die Untersuchung der mikrobiellen Diversität in Endosymbiosen. Einzelzell-Amplifikationsmethoden in droplets können dabei helfen, Wirt-Mikroben-Interaktionen besser zu verstehen, sowie deren Einfluss auf Evolution und Nischen-Differenzierung von Symbiosen.
Abstract
(Englisch)
Assessing diversity in environmental microbial communities remains challenging and demanding despite fundamental progress made in sequencing techniques over the past decades. Environmental metagenomics approaches and, more recently, single-cell genomics are implemented methods to describe and gain insight into the diversity of microbial communities. Still, the majority of microbial diversity remains unknown. Especially diversity at the strain level of microbial populations are still evading researchers’ grasps.
The present study applied culture-independent methods for investigating microbial diversity. Microfluidic platforms have made a significant impact on DNA amplification techniques, a key requirement when assessing genetic diversity. Droplet-based polymerase chain reaction and multiple displacement amplification have emerged as new and improved alternatives to avert the limitations inherent to conventional amplification methods.
In this study, a methodological workflow for microfluidic droplet-based nucleic acid amplification was developed, with emphasis on applicability and practicability, making the workflow easily adaptable for other researchers and laboratories. It allows for both on-chip polymerase chain reaction and off-chip chip multiple displacement amplification within picoliter-sized droplets. I was able to successfully and reliably amplify DNA from single cells as well as from DNA molecules.
Further development enhancing the level of automatization and integration will allow for the performance of multi-step assays, creating a droplet-based microfluidic platform for single-cell whole-genome amplification.
Outlining a possible application of this versatile technology in microbial ecology research is, among almost innumerable others, the investigation of microbial strain diversity in endosymbiotic associations. Droplet-based single-cell amplification methods can aid in understanding host – microbe interactions as well as their influence on evolution and niche differentiation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
droplet-based microfluidics droplet-based amplification polymerase chain reaction multiple displacement amplification
Schlagwörter
(Deutsch)
Droplet-basierte Mikrofluidik Droplet-basierte Amplifikationstechnik Polymerasekettenreaktion Multiple-Displacement-Amplifikation
Autor*innen
Nora Grossschmidt
Haupttitel (Englisch)
Droplet-based microfluidics in nucleic acid amplification
Paralleltitel (Deutsch)
Mikrofluidische droplet-basierte Methode zur Amplifizierung von Nukleinsäuren
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
iv, 47 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Matthias Horn
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC15189309
Utheses ID
48136
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |