Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) developed by Notomi et al. (2000) has made it possible to amplify DNA with high specificity, efficiency and rapidity under isothermal conditions. The ultimate products of LAMP are stem-loop structures with several inverted repeats of the target sequence and cauliflower-like patterns with multiple loops shaped by annealing between every other inverted repeats of the amplified target in the similar strand. Because the amplification process in LAMP is achieved by using four to six distinct primers, it is expected to amplify the target region with high selectivity. However, evaluation of reaction accuracy or quantitative inspection make it necessary to append other procedures to scrutinize the amplified products. Hitherto, various techniques such as turbidity assessment in the reaction vessel, post-reaction agarose gel electrophoresis, use of intercalating fluorescent dyes, real-time turbidimetry, addition of cationic polymers to the reaction mixture, polyacrylamide gel-based microchambers, lateral flow dipsticks, fluorescence resonance energy transfer (FRET), enzyme-linked immunosorbent assays and nanoparticle-based colorimetric tests have been utilized for this purpose. In this paper, we reviewed the best-known techniques for evaluation of LAMP amplicons and their applications in molecular biology beside their advantages and deficiencies. Regarding the properties of each technique, the development of innovative prompt, cost-effective and precise molecular detection methods for application in the broad field of cancer research may be feasible.
Clearing and labeling techniques for large-scale biological tissues enable simultaneous extraction of molecular and structural information with minimal disassembly of the sample, facilitating the integration of molecular, cellular and systems biology across different scales. Recent years have witnessed an explosive increase in the number of such methods and their applications, reflecting heightened interest in organ-wide clearing and labeling across many fields of biology and medicine. In this review, we provide an overview and comparison of existing clearing and labeling techniques and discuss challenges and opportunities in the investigations of large-scale biological systems.
As the demand for large-scale analysis of gene expression using DNA arrays increases, the importance of the surface characterization of DNA arrays has emerged. We compared the efficiency of molecular biological applications on solid-phases with different surface polarities to identify the most optimal conditions. We employed thiol-gold reactions for DNA immobilization on solid surfaces. The surface polarity was controlled by creating a self-assembled monolayer (SAM) of mercaptohexanol or hepthanethiol, which create hydrophilic or hydrophobic surface properties, respectively. A hydrophilic environment was found to be much more favorable to solid-phase molecular biological manipulations. A SAM of mercaptoethanol had the highest affinity to DNA molecules in our experimetns and it showed greater efficiency in terms of DNA hybridization and polymerization. The optimal DNA concentration for immobilization was found to be 0.5 ${\mu}M$. The optimal reaction time for both thiolated DNA and matrix molecules was 10 min and for the polymerase reaction time was 150 min. Under these optimized conditions, molecular biology techniques including DNA hybridization, ligation, polymerization, PCR and multiplex PCR were shown to be feasible in solid-state conditions. We demonstrated from our present analysis the importance of surface polarity in solid-phase molecular biological applications. A hydrophilic SAM generated a far more favorable environment than hydrophobic SAM for solid-state molecular techniques. Our findings suggest that the conditions and methods identified here could be used for DNA-DNA hybridization applications such as DNA chips and for the further development of solid-phase genetic engineering applications that involve DNA-enzyme interactions.
Optical signals based on Raman scattering, coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS), and harmonic generation can be used to image biological molecules in living cells without labeling. Both Raman scattering and CARS signals can be used to detect frequencies of molecular vibrations and to obtain the molecular distributions in samples. Second-harmonic optical signals can also be generated in structured arrays of noncentrosymmetric molecules and can be used to detect structured aggregates of proteins, such as, collagen, myosin and tubulin. Since labeling techniques using chemical and biological reactions may cause undesirable changes in the sample, label-free molecular imaging techniques are essential for observation of living samples.
Soil is a dynamic biological system, in which it is difficult to determine the composition of microbial communities. Knowledge of microbial diversity and function in soils are limited because of the taxonomic and methodological limitations associated with studying the organisms. In this review, approaches to measure microbial diversity in soil were discussed. Research on soil microbes can be categorized as structural diversity, functional diversity and genetic diversity studies, and these include cultivation based and cultivation independent methods. Cultivation independent technique to evaluate soil structural diversity include different techniques such as Phospholipid Fatty Acids (PLFA) and Fatty Acid Methyl Ester (FAME) analysis. Carbon source utilization pattern of soil microorganisms by Community Level Physiological Profiling (CLPP), catabolic responses by Substrate Induced Respiration technique (SIR) and soil microbial enzyme activities are discussed. Genetic diversity of soil microorganisms using molecular techniques such as 16S rDNA analysis Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) / Temperature Gradient Gel Electrophoresis (TGGE), Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP), Single Strand Conformation Polymorphism (SSCP), Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) / Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis (ARDRA) and Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (RISA) are also discussed. The chapter ends with a final conclusion on the advantages and disadvantages of different techniques and advances in molecular techniques to study the soil microbial diversity.
Molecular imaging is a rapidly growing field due to the advances in molecular biology and imaging technologies. With the introduction of imaging reporter genes into the cell, diverse cellular processes can be monitored, quantified and imaged non-invasively in vivo. These precesses include the gene expression, protein-protein interactions, signal transduction pathways, and monitoring of cells such as cancer cells, immune cells, and stem cells. In the near future, molecular imaging analysis will allow us to observe the incipience and progression of the disease. These will make us easier to give a diagnosis in the early stage of intractable diseases such as canter, neuro-degenerative disease, and immunological disorders. Additionally, molecular imaging method will be a valuable tool for the real-time evaluation of cells in molecular biology and the basic biological studies. As newer and more powerful molecular imaging tools become available, it will be necessary to corporate clinicians, molecular biologists and biochemists for the planning, interpretation, and application of these techniques to their fullest potential. in order for such a multidisciplinary team to be effective, it is essential that a common understanding of basic biochemical and molecular biologic techniques is achieved. Basic molecular techniques for molecular imaging methods are presented in this paper.
The extent of biological diversity being revealed by molecular techniques accentuates the need to develop methods to isolate and culture the large numbers of microorganisms that remain to be studied. The discovery and characterization of novel microorganisms will provide information useful in understanding microbial ecosystems and have the potential to lead to new products for the biotechnology industry. In this review, the use of innovative techniques and exploration of unusual ecosystems, that have begun to address the challenge of isolating the "uncultured" members of the microbial population, are examined.
In order to understand biological phenomena accurately, single molecule techniques using a physical research approach to molecular interactions have been developed, and are now widely being used to study complex biological processes. In this review, we discuss some of the single molecule methods which are composed of two major parts: single molecule spectroscopy and manipulation. In particular, we explain how these techniques work and introduce the current research which uses them. Finally, we present the oral biology research using the single molecule methods.
Ekuere, Usukuma;Good, Allen G.;Mayerhofer, Reinhold
Korean Journal of Plant Tissue Culture
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v.27
no.4
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pp.317-323
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2000
Molecular genetic techniques can now be applied to the development of advanced plant genotypes, either through genetic transformation or genomic approaches which allow researchers to transfer specific traits using molecular markers. In this paper, we discuss the use of these techniques towards understanding the genetics of blackleg resistance in Brassica. In a comparative mapping study between Arabidopsis thaliana and Brassica napus, 6 R-ESTs, 7 B. napus RFLP markers and a B. napus EST were located in a collinear region of N7 (B. napus) and chromosome 1 (A. thaliana). One of the A. thaliana R-ESTs and 4 of the B. napus RFLPs co-segregated and mapped to the LmRl locus for blackleg resistance. Introgression of blackleg resistance from wild relatives is also investigated with the possibility of accelerating the introgression process via marker assisted selection.
Molecular imaging strives to visualize processes in living subjects at the molecular level. Monitoring biochemical processes at this level will allow us to directly track biological processes and signaling events that lead to pathophysiological abnormalities, and help make personalized medicine a reality by allowing evaluation of therapeutic efficacies on an individual basis. Although most molecular imaging techniques emerged from the field of oncology, they have now gradually gained acceptance by the cardiovascular community. Hence, the availability of dedicated high-resolution small animal imaging systems and specific targeting imaging probes is now enhancing our understanding of cardiovascular diseases and expediting the development of newer therapies. Examples include imaging approaches to evaluate and track the progress of recent genetic and cellular therapies for treatment of myocardial ischemia. Other areas include in vivo monitoring of such key molecular processes as angiogenesis and apoptosis, Cardiovascular molecular imaging is already an important research tool in preclinical experiments. The challenge that lies ahead is to implement these techniques into the clinics so that they may help fulfill the promise of molecular therapies and personalized medicine, as well as to resolve disappointments and controversies surrounding the field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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