Dokument: Development of a novel method for purity assessment of nucleic acid samples

Titel:	Development of a novel method for purity assessment of nucleic acid samples
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=51665
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20211210-093840-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Unger, Conny [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,82 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.11.2019 / geändert 28.11.2019
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. Axmann, Ilka M. [Gutachter] Prof. Dr. Kollmann, Markus [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Qualitativ hochwertige Nukleinsäuren sind essentiell für den Erhalt vertrauenswürdiger und reproduzierbarer Ergebnisse bei der Anwendung von Standardmethoden in der molekularbiologischen Forschung, der Molekulardiagnostik und für angewandte Testverfahren, wie die quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) oder Hoch-durchsatzsequenzierung. Dabei wird die Qualität von Nukleinsäuren mittels Konzentration, Integrität und Reinheit beschrieben. Die Methoden zur Bestimmung von Nukleinsäure Konzentration und Integrität wurden in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt. Im Gegensatz dazu, wurde die aktuelle Methode zur Bestimmung der Reinheit einer Nukleinsäure Probe, basierend auf die A260/A280 und A260/A230 Absorptionsverhältnisse, schon 1942 eingeführt und ihre Aussagekraft wurde in der Wissenschaft über die Jahre kontrovers diskutiert. In dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur Bestimmung der Reinheit von DNA entwickelt. Sie basiert auf die Verwendung mathematischer Modelle, die anhand von Absorptionsspektren den Einfluss möglicher Unreinheiten in DNA Proben auf Enzymaktivitäten vorhersagen. Dafür wurden nach der Etablierung von Polymerase und Ligase Aktivitätstest der Einfluss von möglichen Unreinheiten in DNA Proben auf Absorptionsspektren und Enzymaktivitäten gemessen und die erhaltenen Daten wurden angewandt um verschiedene Algorithmen zu trainieren und zu testen. Es wurde gezeigt, dass die K-nearest-neigbor Klassifikation, die die Absorptionsspektren in fünf Klassen unterteilte, die unterschiedliche DNA Reinheitsgrade basierend auf gemessene Enzymaktivitäten beschrieben, die Reinheit einer DNA Probe mit einer höheren Genauigkeit vorhersagen konnte als die A260/A280 und A260/A230 Absorptionsverhältnisse. Obwohl ein Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der K nearest-neigbor Klassifikation mit den Ergebnissen einer qPCR nicht nachgewiesen werden konnte, zeigt diese Arbeit, dass die Anwendung mathematischer Modelle zur Analyse von Absorptionsspektren eine vielversprechende Herangehensweise ist, um eine neue Methode zur Bestimmung der Reinheit von Nukleinsäure Proben zu entwickeln. Standard methods for research, applied testing and molecular diagnostics, like quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) or Next Generation Sequencing (NGS) require the application of high quality nucleic acids to obtain reliable and reproducible results. Nucleic acid quality is defined by concentration, integrity and purity. Methods for nucleic acid concentration and integrity determination have advanced over the past decades. In contrast, the current method for nucleic acid purity assessment, using A260/A280 and A260/A230 absorbance ratios, was first introduced in 1942 and its validity has been controversially discussed by the scientific community. In this study, a novel method for DNA purity assessment was developed using mathematical data modelling to predict the influence of possible DNA sample impurities on enzyme activities, by analyzing their absorbance spectra. After establishment of polymerase and ligase activity assays, influence of possible DNA sample impurities on absorbance spectra and enzyme activities was recorded and obtained data were used for algorithm training and testing. It was demonstrated, that a K nearest neighbor algorithm, assigning absorbance spectra into five classes, representing increasing DNA purity defined by measured enzyme activities, could predict DNA purity with higher accuracy compared to A260/A280 and A260/A230 absorbance ratios. Although the algorithm failed to correlate with qPCR outcome, this study shows that using mathematical data modelling to analyze absorbance spectra is a promising approach to develop a novel method for nucleic acid purity assessment.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	10.12.2021
Dateien geändert am:	10.12.2021
Promotionsantrag am:	04.06.2019
Datum der Promotion:	15.11.2019