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  1. 2010.10.19 How to analyze a gel image using imageJ
  2. 2006.09.17 Electrophoresis
In this post, it is described how to analyze a gel image based on intensity and electrophoretic mobility of the gel bands.

Softwares needed: imageJ (http://rsbweb.nih.gov/ij/), image processing S/W (e.g. photoshop), spreadsheet (e.g. excel) or calculator.

(1) Prepare a gel image you want to analyze (Fig.1).

Figure 1. A gel image from camera. Lane1 and 2: reference 11mer oligonucleotide(ODN) and chemically modified 11mer to lower the electrophoretic mobility, respectively. Lane 3-4: hybridized with single-base mismatch sequence at the second 5'-end. Lane 5: hybridized with noncomplementary sequence.


(2) Open the image in imageJ.
(3) Select a rectangular area which vertically covers the area you are interested in (Fig.2).
(4) Then select "Analyze > Gels > Select First Lane" in imageJ's menu. Number 1 will appear on the image.

Figure 2. Select a rectangular area


(5) Move the selection to the next lane by dragging the rectangle. Then select "Analyze > Gels > Select Next Lane". The next number will appear on the image.
(6) Repeat no. 5.
* Do not contain any whitehole, brighter area cause by residual staining dye shown on out-left of lane 5, while selecting the lane. Selecting the defect will induce errors in the analysis.

Figure 3. Identify next lanes.


(7) In the menu, select "Analyze > Gels > Plot lanes". This will produce new image (Fig.4). Inverted gel images may look different.

Figure 4. Plotted lanes in order of selected lanes. The left is upper part of the gel selection. Intenser band will make deeper valley on each section.


(8) Open the plotted image in an image processing software; Adobe photoshop was used here. Make the color profile to RGB mode and make new layer.
* If you are only interested in electrophoretic mobility, measuring distance from side edges will just do.
(9) Using pencil tool or paint bucket, color the bands of your interest (Fig.5)

Figure 5. Coloring a band in photoshop.


(10) Repeat no. 9 on other bands using different colors (Fig.6).

Figure 6. Coloring bands in different colors.


(11) Make the colored layer visible only.  Export as a GIF image (Save for Web & Devices in photoshop is easier) (Fig.7). While exporting, check if the exporting format is gif and the number of colors are larger then that of above image.

Figure 7. Exported GIF image.

(12) Open image area analyzer (http://mkwak.org/imgarea/), and upload the gif image. You will see the result in a second (Fig.8).

Figure 8. Analysis of area upon colors.

(13) Calculate the area to extract some meaningful numbers (Fig.9).

Figure 9. Analysis of the area vs. mobility.

(14) Analyze the result.

Conclusion
Single-base mismatch sequences (lane 3-4) hybridized in different conditions exhibit 63-70% hybridization while a noncomplementary sequence (lane 5) has much lower (27%) binding. One needs to perform same experiment with fully matching complementary sequence to conclude this result.
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Posted by - k3mi5t

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Electrophoresis

Biology 2006.09.17 14:54 |


Agarose gel electrophoresis is a method used in molecular biology to separate DNA strands by size, and to estimate the size of the separated strands by comparison to known fragments (DNA ladder). This is achieved by pulling negatively charged DNA molecules through an agarose matrix with an electric field. Shorter molecules move faster than longer ones.

Agarose Gel Electophoresis (Korean)

I

0.25% bromophenol blue
0.25% xylene cyanol FF
40%(w/v) sucrose in water

II

0.25% bromophenol blue
0.25% xylene cyanol FF
15% Ficoll(Type 400) in water

III

0.25% bromophenol blue
0.25% xylene cyanol FF
30% glycerol in water

IV

0.25% bromophenol blue
40%(w/v) sucrose in water

4. 용액을 60°C까지 식힌다. 필요하면 ethidium bromide를 최종농도 0.5 μg/ml이 되도록 가하고 잘 혼합한다.

* Ethidium bromide(EtBr)은 DNA 염기 사이로 끼어드는 평면구조를 가진 그룹을 지니고 있어서 이 그룹이 DNA 염기에 결합하면 유리형의 ethidium bromide보다 형광이 증가된다. 파장 254 nm에서의 자외선은 DNA에 흡수되어 이 색소에 전달되고 파장이 302 nm와 366 nm에서는 색소 자체에 자외선이 흡수되어 590 nm의 주황색 형광 가시광선을 내게 된다. Ethidium bromide는 한가닥과 쌍가닥 DNA및 RNA 검색에 모두 사용할 수 있으나 염료의 친화성이 외가닥에서보다 쌍가닥에서 더 강하다.

* Ethidium bromide 원액은 증류수에 10 mg/ml로 녹아 있는 용액으로, 이 용액의 보관은 빛이 차단된 용기에 담아서 실온에 보관한다. 이 원액을 0.5 μg/μl로 희석해 두고 이를 gel에 혼합한다.

* 주의: Ethidium bromide는 강력한 발암물질이고 독성을 지니므로 이 염색액을 다룰 때에는 반드시 비닐장갑을 사용한다. 사용 후에 이 용액은 정화한 후 버려야 한다.

5. Comb을 agarose를 모두 부었을 때 주형의 밑바닥으로부터 0.5∼1.0 mm정도 떨어져서 위치하여 홈을 형성할 수 있도록 고정시킨다.

6. 따뜻한 agarose 용액을 주형에 붇는다. Gel은 3∼5 mm 두께가 되도록 하고 기포가 생기지 않도록 주의한다.

7. 실온에서 20∼30분 두어 gel이 완전히 굳은 후 comb과 테이프를 조심스럽게 제거한 다음 gel을 전기영동 tank안에 설치한다.

* 0.5% 이하인 낮은 농도를 가진, 낮은 온도에서 녹는 agarose로 제조한 gel은 4°C 이하에서 굳힌 다음 냉장실에서 전기영동해야 한다.

8. Gel을 1 mm 정도의 두께로 덮을 수 있을 정도로 충분한 양의 전기영동 완충용액(1x TAE)을 가한다.

9. DNA 시료를 전기영동용 loading 완충용액과 혼합한 후 pipette을 이용하여 잠겨있는 gel의 홈에 혼합액을 조심스럽게 가한다.

* 전기영동용 loading 완충용액은 보통 6x로 제조하여 사용한다. 여러가지 종류가 있는데 우리 실험실에서는 type II (0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyanol FF, 15% Ficoll[type 400, Pharmacia]을 증류수에 녹인 것. Ficoll이 잘 안녹으므로 50°C에 약 1시간 두어 녹인다)를 쓴다. 만약 DNA 용액이 20 μl이면 6x 용액을 4 μl 첨가하면 된다.

* 전기영동할 수 있는 DNA의 최고량은 DNA의 크기나 조각의 수에 따라 달라지며, ethidium bromide로 염색하여 사진상으로 판독할 수 있는 최소량은 0.5 cm 넓이(일반적으로 사용되는 넓이)의 홈 하나당 2 ng 정도라고 한다. 0.5 cm 넓이의 홈에 DNA가 500 ng이상 존재하면 DNA 양이 너무 많아서 DNA 띠가 끌려 선명치 않게 나타나며, 이 현상은 DNA 크기가 클수록 심해진다. 보통 DNA 분자는 0.5 cm 홈 하나당 100∼200 ng이면 분석 가능하다. 시료가 여러가지 다른 크기로 된 많은 DNA 조각들로 구성되어 있을 때(예: genomic DNA를 제한 효소로 절단할 때) 홈당 20∼30 μl의 DNA를 가하여 분석할 수 있다.

* 한 홈에 가할 수 있는 최대부피는 홈의 3차원적 크기에 따라 결정된다. 예를 들면 일반적으로 사용되는 0.5 cm x 0.5 cm x 0.15 cm의 홈에는 37.5 μl를 가할 수 있다. 그러나, 옆의 홈에 가한 시료와 혼합되는 것을 막기 위하여 gel을 좀 더 두껍게 제조하거나 DNA를 에탄올로 침전시켜 DNA 부피를 줄여서 가하는 것이 좋다.

* 시판되는 알려진 크기의 표준 DNA를 크기 표식자를 같이 전기영동하여 모르는 DNA의 크기를 측정할 수 있다. 크기의 비교가 가능한 것은 linear DNA임을 주의한다. 주로 많이 사용되는 표식자에는 1 kb ladder, 123 bp ladder, λ Hind III ladder(전기영동 패턴 보기) 등이 있다.

10. Gel tank의 뚜껑을 닫고 DNA가 양극 쪽으로 이동해갈 수 있도록 양극에 빨간 도선을, 음극에 검정 도선을 연결하고, 전극간의 거리 1 cm당 1∼5 V의 전압을 가한다.

* 전기영동을 시작하면 전기분해에 의하여 양극과 음극에서 기포가 발생하고 시약에 섞인 염료가 홈으로부터 이동해가는 것이 보인다. Bromophenol blue와 xylene cyanol FF가 적당한 거리만큼 이동해갈 때까지 전기영동을 시행한다.

* 전기영동하는 동안 ethidium bromide는 음극 쪽으로(DNA와 반대 방향으로) 이동해 가므로 오랫동안 전기영동을 하면 ethidium bromide는 gel에서 모두 빠지게 되어 작은 DNA 조각을 감지하기가 어렵게 된다. 이렇게 되는 경우에는 gel을 ethidium bromide가 0.5 μg/ml 포함된 증류수나 1x TAE 용액에 30∼45분간 담가 염색하였다가 관찰하면 된다.

* Gel에 ethidium bromide가 함유되어 있으면 전기영동하는 동안 어느 시기에나 자외선하에서 관찰이 가능하다. 그러나, gel에 ethidium bromide를 함유시키지 않고 전기영동한 후 gel을 ethidium bromide가 0.5 μg/ml 포함된 용액에 30~45분간 더 염색하였다가 관찰하는 것이 더 선명한 DNA 띠를 관찰할 수 있다는 이유로 후자를 선호하는 실험자들도 있다. 이 때 탈색 과정은 보통 필요치 않으나, 10 ng 이하의 적은 양의 DNA를 검출할 때에는 결합하지 않은 ethidium bromide가 gel에 묻어 있으면 바탕이 흐려 보이므로 증류수나 1mM MgSO4에 담가 실온에서 20분간 탈색하면 DNA를 더 선명하게 관찰할 수 있다.

11. 전기영동이 끝나면 전기를 끄고 도선을 제거한 후 gel tank의 뚜껑을 연 다음 gel을 자외선하에서 관찰하고 촬영한다.

자료 출처: http://biochemistry.yonsei.ac.kr/biochem_workshop/protocol.php

위 설명의 사진은 연세대학교 생화학교실에서 가져왔으나, 위험한 시약들을 장갑을 끼지 않고 다루고 있어 보는 사람의 마음을 불편하게 만든다.

WIKI: http://en.wikipedia.org/wiki/Agarose_gel_electrophoresis



내가 electrophoresis에 사용하는 DNA Ladder Mix
  • Three reference bands: 3000, 1000 and 500 bp.
  • Bands composed of equalized amounts of DNA for easier quantification.
  • 1031 bp fragment replaced by 1000 bp.





http://www.fermentas.com/catalog/electrophoresis/generulers.htm

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Posted by - k3mi5t
TAG agarose, DNA, electrophoresis, molecular biology, page

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