Ju, Min-Yeong;Baek, Seung-Hun;Kim, Eun-Ju;Nguyen, Nguyen Le Thao;Park, Chan-Yeong;Park, Tae-Jeong
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.375.1-375.1
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2016
Polymerase chain reaction (PCR) has revolutionized genetics and become one of the most popular techniques in modern biological and medical sciences. It can be used not only as an in vitro DNA amplification method but also used in many bioassay applications. The PCR can be used to exponentially produce a large number of DNA copies from a small quantity of DNA molecules in a few hours. However, as unwanted DNA fragments are also often manufactured, the amplification efficiency of PCR is decreased. To overcome this limitation, several nanomaterials have been employed to increase the specificity of the PCR reaction. Recently, graphene has attracted a great interest for its excellent electron transfer, thermal and biocompatibility. Especially, gold nanoparticle-coated graphene oxide (GO/AuNPs) led to enhance electron and thermal transfer rate and low-charge transfer resistance. Therefore, we report the development of a demonstration for the PCR efficiency using a large-scale production of the GO and combination of gold nanoparticles. Because a thermal conductivity is an important factor for improving the PCR efficiency in different DNA polymerases and different size samples. When PCR use GO/AuNPs, the result of transmission electron microscopy and real-time quantitative PCR (qPCR) showed an enhanced PCR efficiency. We have demonstrated that GO/AuNPs would be simply outperformed for enhancing the specificity and efficiency of DNA amplification procedure.
For the quantitative analysis of genetically modified (GM) maize in processed foods, primer sets and probes based on the 35S promoter (p35S), nopaline synthase terminator (tNOS), p35S-hsp70 intron, and zSSIIb gene encoding starch synthase II for intrinsic control were designed. Polymerase chain reaction (PCR) products (80~101 bp) were specifically amplified and the primer sets targeting the smaller regions (80 or 81 bp) were more sensitive than those targeting the larger regions (94 or 101 bp). Particularly, the primer set 35F1-R1 for p35S targeting 81 bp of sequence was even more sensitive than that targeting 101 bp of sequence by a 3-log scale. The target DNA fragments were also specifically amplified from all GM labeled food samples except for one item we tested when 35F1-R1 primer set was applied. A reference plasmid pGMmaize (3 kb) including the smaller PCR products for p35S, tNOS, p35S-hsp70 intron, and the zSSIIb gene was constructed for real-time PCR (RT-PCR). The linearity of standard curves was confirmed by using diluents ranging from $2{\times}10^1{\sim}10^5$ copies of pGMmaize and the $R^2$ values ranged from 0.999~1.000. In the RT-PCR, the detection limit using the novel primer/probe sets was 5 pg of genomic DNA from MON810 line indicating that the primer sets targeting the smaller regions (80 or 81 bp) could be used for highly sensitive detection of foreign DNA fragments from GM maize in processed foods.
The genus Leuconostoc is generally recognized as a favorable microorganism associated with a good taste of Kimchi and Lactobacillus plantarum is responsible for the overripening and acidification of Kimchi. A rapid and reliable PCR-based method to monitor the change of these lactic acid bacterial populations during Kimchi fermentation was attempted. A Leuconostoc-specific primer set was chosen from the conserved sequences of 16S rRNA genes among Leuconostoc species. The Lb. plantarum-specific primer set was the internal segments of a Lb. plantarum-specific probe which was isolated after randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis and tested for identification. The specificity of this protocol was examined in DNA samples isolated from a single strain. In agarose gel, as little as 10 pg of template DNA could be used to visualize the PCR products, and quantitative determination was possible at the levels of 10 pg to 100 ng template DNA. For the semi-quantitative determination of microbial changes during Kimchi fermentation, total DNAs from the 2 h-cultured microflora of Kimchi were extracted for 16 days and equal amounts of DNA templates were used for PCR. The intensities of DNA bands obtained from PCR using Leuconostoc-specific and Lb. plantarum-specific primer sets marked a dramatic contrast at the 1 ng and 100 ng template DNA levels during Kimchi fermentation, respectively. As the fermentation proceeded, the intensity of the band for Leuconostoc species increased sharply until the 5th day and the levels was maintained until the 11 th day. The sharp increase for Lb. plantarum occurred after 11 days with the decrease of Leuconostoc species. The results of this study indicate that Leuconostoc species were the major microorganisms at the beginning of Kimchi fermentation and reach their highest population during the optimum ripening period of Kimchi.
Many consumers are increasingly concerned about the meat they eat, and accurate labelling is important due to public health, economic and legal concerns. Meat species adulteration is a common problem in the retail markets. In this study, a TaqMan$^{(R)}$ quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR) assay was applied for its ability to quantify chicken meat, which was not indicated on the label, in 79 commercial pork products (ham, sausages, bacon and ground meat) producted by 10 different manufacturers. The amplification efficiency was 82.05% and the square regression coefficient ($R^2$) was 0.995. PCR results showed that 38.6% of ham samples, 50.0% of sausages samples, and 50.0% of ground meat samples were contaminated with chicken residuals, while the bacon samples were not contaminated with chicken residuals. Only twelve pork products of one of the manufacturers were in accordance with indicated in their labels. The PCR assay reported in this work could be particularly useful in inspection programs to verify the food labelling of commercial processed meats and to gain consumers' trust.
E. coli has long been widely used as a host system for the manufacture of recombinant proteins intended for human therapeutic use. When considering the impurities to be eliminated during the downstream process, residual host cell DNA is a major safety concern. The presence of residual E. coli host cell DNA in the final products is typically determined using a conventional slot blot hybridization assay or total DNA Threshold assay. However, both the former and latter methods are time consuming, expensive, and relatively insensitive. This study thus attempted to develop a more sensitive real-time PCR assay for the specific detection of residual E. coli DNA. This novel method was then compared with the slot blot hybridization assay and total DNA Threshold assay in order to determine its effectiveness and overall capabilities. The novel approach involved the selection of a specific primer pair for amplification of the E. coli 16S rRNA gene in an effort to improve sensitivity, whereas the E. coli host cell DNA quantification took place through the use of SYBR Green I. The detection limit of the real-time PCR assay, under these optimized conditions, was calculated to be 0.042 pg genomic DNA, which was much higher than those of both the slot blot hybridization assay and total DNA Threshold assay, where the detection limits were 2.42 and 3.73 pg genomic DNA, respectively. Hence, the real-time PCR assay can be said to be more reproducible, more accurate, and more precise than either the slot blot hybridization assay or total DNA Threshold assay. The real-time PCR assay may thus be a promising new tool for the quantitative detection and clearance validation of residual E. coli host cell DNA during the manufacturingprocess for recombinant therapeutics.
Virus infections of apples result in lowered commercial qualities such as low sugar content, weakened tree vigor, and malformed fruits. An effective way to control viruses is to produce virus-free plants based on the development of an accurate and sensitive diagnostic method. In this study, real-time PCR assays based on SYBR Green I and TaqMan probes were developed for detecting ASGV, ASPV, and ApMV viruses. These methods can detect and quantify 103 to 1011 RNA copies/μL of each virus separately. Compared with methods with two different dyes, the SYBR Green I-based method was efficient for virus detection as well as for assay using the TaqMan probe. Field tests demonstrated that real-time PCR methods developed in this study were applicable to high-throughput diagnoses for virus research and plant quarantine.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.9
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pp.1097-1105
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2017
This study examined how much chicken meat was in sausage made with pork. Both real-time polymerase chain reaction (PCR) and internal standard addition were used. Fifty ng of chicken DNA was added to the sausages as an internal standard. The addition of standard DNA increased the amplification efficiency of PCR and confirmed the possibility of quantitative analysis. A QIAamp DNA Micro Kit was used to improve the DNA recovery and amplification efficiency. The density of template DNA and primer were suitable for $3.0{\sim}5.0{\mu}L$ and $0.5{\mu}L$, respectively. Each DNA of pig and chicken was diluted in 10-fold from steps 50 ng to 0.05 ng. The detection limit of both pig and chicken meat was more than 0.05 ng and the correlation coefficient of the standard curve was at least 0.98. The result of the quantitative analysis after heat treatment of 3 samples of pigs and chickens mixed at 70:30 showed a 5.7% difference (64.3:35.7) between the expected value and measured value. The quantitative value was changed by affecting the DNA according to the heat treatment ($70^{\circ}C$, 10 min). An analysis of the pork and chicken content in sausages showed that it was difficult to detect chicken meat and the quantitative value of DNA according to the Ct value was very low. On the other hand, when adding standard material (50 ng of chicken DNA) to the sausages, the Ct value decreased gradually with increasing chicken mixing ratio. Thus, the mixing ratio of chicken in sausages could be estimated.
Since there is no consensus about the most reliable assays to detect invasive aspergillosis from samples obtained by minimally invasive or noninvasive methods, we compared the efficacy of an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for galactomannan (GM) detection and quantitative real-time PCR assay (qRT-PCR) for the diagnosis of invasive pulmonary aspergillosis. Neutropenic, male Sprague-Dawley rats (specific pathogen free; 8 weeks old; weight, $200{\pm}20g$) were immunosuppressed with cyclophosphamide and infected with Aspergillus fumigatus intratracheally. Tissue and whole blood samples were harvested on days 1, 3, 5, and 7 post-infection and examined with GM ELISA and qRT-PCR. The A. fumigatus DNA detection sequence was detected in the following number of samples from 12 immunosuppressed, infected rats examined on the scheduled days: day 1 (0/12), day 3 (0/12), day 5 (6/12), and day 7 (8/12) post-infection. The sensitivity and specificity of the qRT-PCR assay was 29.2% and 100%, respectively. Receiver operating characteristic curve (ROC) analysis indicated a Ct (cycle threshold) cut-off value of 15.35, and the area under the curve (AUC) was 0.627. The GM assay detected antigen in sera obtained on day 1 (5/12), day 3 (9/12), day 5 (12/12), and day 7 (12/12) post-infection, and thus had a sensitivity of 79.2% and a specificity of 100%. The ROC of the GM assay indicated that the optimal Ct cut-off value was 1.40 (AUC, 0.919). The GM assay was more sensitive than the qRT-PCR assay in diagnosing invasive pulmonary aspergillosis in rats.
The pathogenesis of endometriosis is unknown, but retrograde menstruation is widely accepted as an etiology. Refluxed endometrium from endometriosis patients is more prone to implant and invade peritoneum possibly through the action of extracellular proteolysis. This proteolytic action may involve plasminogen activators and the collagenase system. Plasminogen activators (PAs) and matrix metalloproteinases (MMPs) play a critical role in the breakdown of extracellular matrix components and basement membrane in the processes of implantation and tumor invasion. PAs are inhibited by plasminogen activator inhibitor (PAI) and MMPs activity is inhibited by tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP). To test the hypothesis that lower expression of PAI-1 and TIMP-3 in endometrium from women with endometriosis, we investigated their PAI-1 and TIMP-3 expression by quantitative competitive RT PCR in endometrium from women with and without endometriosis. Endometrial tissues were obtained from 14 patients with severe endometriosis and 14 patients without endometriosis. Total RNA was extracted and reverse transcribed into cDNA, and quantitative competitive PCR (QC PCR) was performed to evaluate PAI-1 and TIMP-3 mRNA expression. Endometrium from patients with endometriosis showed decreased expression of PAI-1 and TIMP-3 mRNA compared to endometrium from control in luteal phase (p<0.05). Our results suggest that endometrium from women with endometriosis expresses lower levels of PAI-1 and TIMP-3 than endometrium from normal women. Endometrium from endometriosis patients may be more invasive and prone to peritoneal implantation than control because of higher PA and MMP enzymatic activity. Thus, increased proteolytic activity may be one of the reasons for the invasive properties of the endometrium resulting in the development of endometriosis.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.2
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pp.121-130
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2010
Metals and sulfate can be considerably dissolved at low pH condition in the acid mine drainage(AMD) and it would make an environmental problems. There are only few of acid mine drainage treatment systems in Korea which are operating, but these still have an effect on the surrounding stream. In this study, quantification of indicator microorganisms was conducted to judge the environmental impact of AMD on microflora by quantitative real-time PCR in the drainage samples of four mines and the water samples of each surrounding stream. Two species of iron reducing bacteria(Rhodoferax ferrireducens T118 and Acidiphilium cryptum JF-5) were selected for indicator bacteria based on 16S rRNA cloning analysis, and sulfate reducing bacteria(Desulfosporosinus orientus), iron and sulfur oxidizing bacteria(Acidothiobacillus ferrooxidans) and iron oxidizing bacteria(Leptosprillum ferrooxidans) were included into indicator since these were found in the previous studies on the mining area. Thereafter, the comparative analysis of four mines were established by the microbiological variation index and it was determined that the biological environment effect of AMD is highest in Samtan mine which doesn t contain treatment system by the value.
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